JP6305056B2 - Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser - Google Patents

Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser Download PDF

Info

Publication number
JP6305056B2
JP6305056B2 JP2013271854A JP2013271854A JP6305056B2 JP 6305056 B2 JP6305056 B2 JP 6305056B2 JP 2013271854 A JP2013271854 A JP 2013271854A JP 2013271854 A JP2013271854 A JP 2013271854A JP 6305056 B2 JP6305056 B2 JP 6305056B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photonic crystal
lattice
point
emitting laser
crystal layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013271854A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014197665A (en
Inventor
拓生 坂口
拓生 坂口
清太 岩橋
清太 岩橋
宮井 英次
英次 宮井
渡 國師
渡 國師
大西 大
大 大西
義勝 三浦
義勝 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Priority to JP2013271854A priority Critical patent/JP6305056B2/en
Priority to US14/149,368 priority patent/US9444222B2/en
Publication of JP2014197665A publication Critical patent/JP2014197665A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6305056B2 publication Critical patent/JP6305056B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/11Comprising a photonic bandgap structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18344Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] characterized by the mesa, e.g. dimensions or shape of the mesa
    • H01S5/1835Non-circular mesa
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/18Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18319Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement comprising a periodical structure in lateral directions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity

Description

本発明は、2次元フォトニック結晶面発光レーザに関し、特に、安定した発振を維持しつつ、レーザビームのビーム拡がり角度、ビーム出射角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザに関する。   The present invention relates to a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, and more particularly to a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle, beam emission angle, and shape of a laser beam while maintaining stable oscillation. .

従来のフォトニック結晶面発光レーザダイオード(LD:Laser Diode)では、フォトニックバンド構造のΓ点のバンド端における発振を用いてきた。   Conventional photonic crystal surface emitting laser diodes (LDs) have used oscillation at the band edge of the Γ point of the photonic band structure.

Γ点の発振では、フォトニック結晶の周期構造が発振のための定在波形成の機能とその光をフォトニック結晶層に面垂直な方向に回折させて出力として光を取り出す機能の両方を有している(例えば、特許文献1〜3参照。)。   In Γ point oscillation, the periodic structure of the photonic crystal has both a function of forming a standing wave for oscillation and a function of diffracting the light in a direction perpendicular to the surface of the photonic crystal layer and extracting the light as an output. (For example, refer to Patent Documents 1 to 3.)

特開2004−296538号公報JP 2004-296538 A 特開2000−332351号公報JP 2000-332351 A 特開2003−23193号公報JP 2003-23193 A

発振実績のある従来のフォトニック結晶構造に適したフォトニック結晶の領域(発振領域)は、数100μm角程度であるが、この大きい領域では、拡がり角度が約1°と限定されてしまい、アプリケーションの幅が狭くなってしまう。   The region (oscillation region) of the photonic crystal suitable for the conventional photonic crystal structure with a track record of oscillation is about several hundred μm square, but in this large region, the spread angle is limited to about 1 °, Will become narrower.

例えば、拡がり角度を10°に広げるためには、発振領域を約10μm以下にする必要があり、このような発振領域では、従来のフォトニック結晶LDの構造では、実現が困難である。   For example, in order to widen the spread angle to 10 °, the oscillation region needs to be about 10 μm or less. In such an oscillation region, it is difficult to realize with the structure of the conventional photonic crystal LD.

これまで報告されているフォトニック結晶面発光レーザのビームは、拡がり角度1°程度の2次元的に小さい形状である。これは、2次元大面積発振からの面垂直方向取り出しにより原理的に生じる結果である。   The beam of the photonic crystal surface emitting laser reported so far has a two-dimensionally small shape with a divergence angle of about 1 °. This is a result that arises in principle by taking out the surface perpendicular direction from the two-dimensional large area oscillation.

一方、用途によっては、広いビーム拡がり角が望ましい場合がある。ただし、従来の正方格子や三角格子を用いた構造では、ビーム拡がり角度を制御することができない。   On the other hand, depending on the application, a wide beam divergence angle may be desirable. However, the beam divergence angle cannot be controlled with a conventional structure using a square lattice or a triangular lattice.

本願発明者らは、カップラー配置により、レーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能であることを理論的に見出し、かつ実験的にも実証した。   The inventors of the present application have theoretically found that it is possible to control the beam divergence angle and shape of the laser beam by the coupler arrangement, and have also proved experimentally.

本願発明者らは、フォトニック結晶の格子構造を正方格子、三角格子ではなく、「長方格子」とすることで、ビーム拡がり角度を制御可能であることを理論的に見出し、かつ実験的にも実証した。   The inventors of the present application have theoretically found that the beam divergence angle can be controlled by making the lattice structure of the photonic crystal not a square lattice or a triangular lattice, but a “rectangular lattice”, and experimentally. Also demonstrated.

また、本願発明者らは、共振状態形成用格子点に摂動を加えることにより、レーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度を制御可能であることを理論的に見出し、かつ実験的にも実証した。   In addition, the inventors of the present application have theoretically found and experimentally verified that the beam emission angle and beam divergence angle of the laser beam can be controlled by perturbing the resonance state forming lattice points. .

本発明の目的は、カップラー配置により、安定した発振を維持しつつ、レーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape of a laser beam while maintaining stable oscillation by the coupler arrangement.

また、本発明の目的は、長方格子による簡易な構造で安定した発振を維持しつつ、ビーム拡がり角度を制御可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することにある。   It is another object of the present invention to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle while maintaining stable oscillation with a simple structure using a rectangular lattice.

また、本発明の目的は、共振状態形成用格子点に摂動を加えることにより、簡易な構造で安定した発振を維持しつつ、レーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することにある。   Another object of the present invention is to control the beam emission angle, beam divergence angle, and shape of the laser beam while maintaining stable oscillation with a simple structure by adding perturbations to the resonance state forming lattice points. The object is to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser.

本発明の一態様によれば、フォトニック結晶層と、前記フォトニック結晶層内に周期的に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造のバンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる共振状態形成用格子点とを備え、前記共振状態形成用格子点には、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が加えられ、前記共振状態形成用格子点には、複数の摂動が加えられている2次元フォトニック結晶面発光レーザが提供される。 According to one aspect of the present invention, a photonic crystal layer and a light wave that is periodically disposed in the photonic crystal layer and at the band edge of the photonic band structure of the photonic crystal layer are converted into the photonic crystal layer. A resonance state forming lattice point that is diffracted in the plane of the light, and the perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer is applied to the resonance state forming lattice point, A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser in which a plurality of perturbations are applied to the resonance state forming lattice point is provided.

本発明の他の態様によれば、フォトニック結晶層と、前記フォトニック結晶層内に周期的に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造のバンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる共振状態形成用格子点と、前記フォトニック結晶層内に周期的に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造のバンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させると共に前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点とを備え、前記摂動状態形成用格子点は、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が前記共振状態形成用格子点の一部に加えられて形成され、前記摂動状態形成用格子点には、複数の摂動が加えられている2次元フォトニック結晶面発光レーザが提供される。 According to another aspect of the present invention, a photonic crystal layer and a light wave periodically disposed in the photonic crystal layer, the light wave at the band edge of the photonic band structure of the photonic crystal layer, Resonant state forming lattice points that are diffracted in the plane of the layer and light waves at the band edges of the photonic band structure of the photonic crystal layer that are periodically disposed in the photonic crystal layer, the photonic crystal layer And a perturbation state forming lattice point that diffracts in the plane of the photonic crystal layer and diffracts in a direction perpendicular to the surface of the photonic crystal layer. formed perturbation for diffracting direction is applied to a portion of the resonating lattice points, wherein the perturbed state forming grid points, the plurality of perturbation is added 2-dimensional photonic crystal surface-emitting laser have is provided.

本発明の他の態様によれば、フォトニック結晶層と、前記フォトニック結晶層内に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させると共に面垂直方向に回折させる長方格子の共振状態形成用格子点とを備え、前記共振状態形成用格子点には、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が加えられ、かつ前記長方格子の格子定数をa1およびa2とすると、前記長方格子の一辺a2が媒質内波長の1/2に等しい2次元フォトニック結晶面発光レーザが提供される。 According to another aspect of the present invention, a photonic crystal layer and a light wave disposed within the photonic crystal layer and disposed at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer are converted into the photonic crystal layer. A resonant state forming lattice point of a rectangular lattice that is diffracted in the plane of the substrate and diffracted in a direction perpendicular to the surface, and the light wave is transmitted to the resonant state forming lattice point in a direction perpendicular to the surface of the photonic crystal layer. And a lattice constant of the rectangular lattice is a 1 and a 2 , a two-dimensional photonic crystal in which one side a 2 of the rectangular lattice is equal to ½ of the wavelength in the medium A surface emitting laser is provided.

本発明の他の態様によれば、フォトニック結晶層と、前記フォトニック結晶層内に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる長方格子の共振状態形成用格子点と、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点とを備え、前記摂動状態形成用格子点は、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が前記共振状態形成用格子点の一部に加えられて形成され、かつ前記長方格子の格子定数をa1およびa2とすると、前記長方格子の一辺a2が媒質内波長の1/2に等しい2次元フォトニック結晶面発光レーザが提供される。 According to another aspect of the present invention, a photonic crystal layer and a light wave disposed within the photonic crystal layer and disposed at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer are converted into the photonic crystal layer. A perturbation that diffracts a light wave at a resonance point forming lattice point of a rectangular lattice to be diffracted in the plane and an X point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer A state forming lattice point, wherein the perturbation state forming lattice point adds a perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer to a part of the resonance state forming lattice point. It is formed, and the lattice constant of the rectangular lattice and a 1 and a 2, 2-dimensional photonic equal side a 2 of said rectangular lattice is 1/2 of the wavelength in the medium Planes emitting laser is provided.

本発明の他の態様によれば、フォトニック結晶層と、前記フォトニック結晶層内に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる第1の長方格子の共振状態形成用格子点と、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点とを備え、前記摂動状態形成用格子点は、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が前記共振状態形成用格子点の一部に加えられて形成され、かつ前記摂動状態形成用格子点は、前記第1の長方格子とは別の第2の長方格子に配置され、前記第2の長方格子のx方向およびy方向の格子定数は、前記第1の長方格子のx方向およびy方向の格子定数a1およびa2に対して、a1および媒質内波長λ(=2a2)に等しい2次元フォトニック結晶面発光レーザが提供される。 According to another aspect of the present invention, a photonic crystal layer and a light wave disposed within the photonic crystal layer and disposed at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer are converted into the photonic crystal layer. The light wave at the resonance point forming lattice point of the first rectangular lattice to be diffracted in the plane and the X point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer in the direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer A perturbation state forming lattice point to be diffracted, wherein the perturbation state forming lattice point has a perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer. The perturbation state forming lattice points are arranged in a second rectangular lattice different from the first rectangular lattice, and are arranged in the x direction of the second rectangular lattice. The lattice constant of fine y-direction, the first with respect to the x and y directions of the lattice constants a 1 and a 2 of the rectangular lattice, the two-dimensional photo is equal to a 1 and medium wavelength lambda (= 2a 2) A nick crystal surface emitting laser is provided.

本発明の他の態様によれば、フォトニック結晶層と、前記フォトニック結晶層内に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる菱形格子の共振状態形成用格子点と、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点とを備え、前記摂動状態形成用格子点は、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が前記共振状態形成用格子点の一部に加えられて形成され、かつ前記摂動状態形成用格子点は、長方格子に配置され、前記長方格子の格子定数は、前記菱形格子の格子定数a1およびa2に対して、a1および媒質内波長λに等しい2次元フォトニック結晶面発光レーザが提供される。 According to another aspect of the present invention, a photonic crystal layer and a light wave disposed within the photonic crystal layer and disposed at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer are converted into the photonic crystal layer. A perturbation state that diffracts a light wave at a resonance point forming lattice point of a rhomboid lattice to be diffracted in the plane and an X point band end in the photonic band structure of the photonic crystal layer in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer The perturbation state formation lattice point is configured such that a perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer is added to a part of the resonance state formation lattice point. The perturbation state forming lattice points are arranged in a rectangular lattice, and the lattice constant of the rectangular lattice is equal to the lattice constants a 1 and a 2 of the rhomboid lattice. Thus, a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser equal to a 1 and the in-medium wavelength λ is provided.

本発明によれば、カップラー配置により、安定した発振を維持しつつ、レーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape of the laser beam while maintaining stable oscillation by the coupler arrangement.

また、本発明によれば、長方格子による簡易な構造で安定した発振を維持しつつ、ビーム拡がり角度を制御可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   Further, according to the present invention, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle while maintaining stable oscillation with a simple structure using a rectangular lattice.

また、本発明によれば、共振状態形成用格子点に摂動を加えることにより、簡易な構造で安定した発振を維持しつつ、レーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   In addition, according to the present invention, by controlling the lattice point for forming the resonance state, it is possible to control the beam emission angle, beam divergence angle, and shape of the laser beam while maintaining stable oscillation with a simple structure. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser can be provided.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的鳥瞰構造図。FIG. 2 is a schematic bird's-eye view of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに適用される2次元フォトニック結晶のバンド構造図。The band structure figure of the two-dimensional photonic crystal applied to the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)2次元フォトニック結晶層の面内共振モードの模式的説明図、(b)出射される面発光レーザ光hνLと共振器内レーザ光hνRの模式図、(c)カップラー用格子点12Cを備える2次元フォトニック結晶層から出射される面発光レーザ光hνLの模式図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) a schematic explanatory view of an in-plane resonance mode of the two-dimensional photonic crystal layer, (b) an emitted surface emitting laser beam hν L And FIG. 7C is a schematic diagram of the laser light hν R in the resonator, and (c) a schematic diagram of the surface emitting laser light hν L emitted from the two-dimensional photonic crystal layer including the coupler lattice point 12C. 比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点の模式的平面構成図(正方格子配置例)。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on a comparative example, the typical plane block diagram of the lattice point for resonators of the two-dimensional photonic crystal layer applied to (GAMMA) point oscillation (square lattice arrangement example). 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(正方格子配置例)、(b)図5(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) a schematic plan configuration diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation (Example of square lattice arrangement), (b) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の拡大された模式的平面構成図(正方格子配置例)。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, an enlarged schematic plan configuration diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation (Example of square lattice arrangement). (a)図6のII−II線に沿う模式的断面構造図、(b)図6のIII−III線に沿う模式的断面構造図。(A) The typical cross-section figure along the II-II line of FIG. 6, (b) The typical cross-section figure along the III-III line of FIG. 図5のI−I線に沿う第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional structure diagram of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment along the line II in FIG. 5. (a)図5のI−I線に沿う第1の実施の形態の変形例1に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図、(b)図5のI−I線に沿う第1の実施の形態の変形例2に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図。(A) Schematic cross-sectional structure diagram of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 1 of the first embodiment along the II line in FIG. 5, (b) In the II line in FIG. The typical cross-section figure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on the modification 2 of 1st Embodiment which follows. (a)図5のI−I線に沿う第1の実施の形態の変形例3に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図、(b)図5のI−I線に沿う第1の実施の形態の変形例4に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図。(A) A schematic cross-sectional structure diagram of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 3 of the first embodiment along the line I-I in FIG. 5; The typical cross-section figure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on the modification 4 of 1st Embodiment which follows. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、カップラー領域CPの幅A、ビーム拡がり角度、およびビーム拡がり領域の関係を示す図であって、(a)カップラー領域CP1の幅A1、ビーム拡がり角度θ1、およびビーム拡がり領域301の例、(b)カップラー領域CP2の幅A2、ビーム拡がり角度θ2、およびビーム拡がり領域302の例、(c)カップラー領域CP3の幅A3、ビーム拡がり角度θ3、およびビーム拡がり領域303の例。In the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to the first embodiment, the width A of the coupler region CP, a diagram showing the relationship between beam divergence angle and beam spread region, the (a) coupler regions CP 1 examples of width a 1, the beam divergence angle theta 1, and the beam divergence region 30 1, (b) examples of couplers width a 2 of the area CP 2, the beam divergence angle theta 2, and the beam divergence region 30 2, (c) a coupler examples of region width a 3 of CP 3, beam spread angle theta 3, and beam spread region 30 3. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)図11(a)、図11(b)、図11(c)に対応する共振器領域RPの大小関係を示す図、(b)図11(a)、図11(b)、図11(c)に対応するビーム拡がり角度θ0の大小関係を示す図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) the size relationship of the resonator region RP corresponding to FIGS. 11 (a), 11 (b), and 11 (c) is shown. FIG. 12B is a diagram showing the magnitude relationship of the beam divergence angle θ 0 corresponding to FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPの大きさの関係を示す図であって、(a)RP1の例、(b)RP2の例、(c)RP3の例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, it is a diagram showing the relationship of the size of the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the Γ-point oscillation, and (a) RP 1 Examples, (b) RP 2 example, (c) RP 3 example. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPおよびカップラー領域CP大きさの関係を示す図であって、(a)RP1、CP1の例、(b)RP2、CP2の例、(c)RP3、CP3の例。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the size of a resonator region RP and a coupler region CP of a two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment. (A) Examples of RP 1 and CP 1 (b) Examples of RP 2 and CP 2 (c) Examples of RP 3 and CP 3 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPおよびカップラー領域CP内における共振器用格子点12A・カップラー用格子点12Cの配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the resonator lattice point 12A in the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation is used for the coupler. An arrangement example of the lattice point 12C. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)光出射用フォトニック結晶層122にカップラー用格子点12Cを配置した例、(b)定在波形成用フォトニック結晶層121に共振器用格子点12Aを配置した例、(c)同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した例、(d)同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した別の例、(e)同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した更に別の例。In the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to the first embodiment, (a) example of the light-emitting photonic crystal layer 12 2 a coupler for grid point 12C disposed, (b) Photo for the standing wave formed example in which the resonator grid point 12A to the photonic crystal layer 121, an example of arranging the resonator grid points 12A and couplers lattice point 12C on the same photonic crystal layer 12 (c), (d) the same photonic Another example in which the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C are arranged in the crystal layer 12, (e) Still another example in which the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C are arranged in the same photonic crystal layer 12. Example. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPとカップラー領域CPの大きさがほぼ等しい場合の近視野像(NFP:Near Field Pattern)、(b)カップラー領域CPからのビーム拡がり領域を示す模式図、(c)図17(a)に対応する共振器領域RPおよびカップラー領域CP内の共振器用格子点およびカップラー用格子点の配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) when the sizes of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation are substantially equal. (NFP: Near Field Pattern), (b) Schematic diagram showing a beam expansion region from the coupler region CP, (c) Resonance in the resonator region RP and the coupler region CP corresponding to FIG. The example of arrangement | positioning of the lattice point for dexterity and the lattice point for couplers. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPとカップラー領域CPの大きさが異なる場合のNFP、(b)カップラー領域CPからのビーム拡がり領域を示す模式図、(c)図18(a)に対応する共振器領域RPおよびカップラー領域CP内の共振器用格子点およびカップラー用格子点の配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) when the sizes of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation are different. NFP, (b) Schematic diagram showing a beam expansion region from the coupler region CP, (c) Resonator region RP corresponding to FIG. 18 (a), arrangement of resonator lattice points and coupler lattice points in the coupler region CP Example. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP内に相対的に大きな円形のカップラー領域CPを有する場合のNFP、(b)図19(a)に対応する遠視野像(FFP:Farr Field Pattern)。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) a relatively large circular coupler region CP in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation. (B) A far field image (FFP: Farr Field Pattern) corresponding to FIG. 19 (a). 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)共振器領域RP内に相対的に小さな円形のカップラー領域CPを有する場合のNFP、(b)図20(a)に対応するFFP。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) NFP with a relatively small circular coupler region CP in the resonator region RP, (b) FIG. 20 (a). FFP corresponding to. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP内に相対的に微小な円形のカップラー領域CPを有する場合のNFP、(b)図21(a)に対応するFFP。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) a relatively small circular coupler region in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation NFP with CP, (b) FFP corresponding to FIG. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP内に相対的に大きな長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFP、(b)図22(a)に対応するFFP。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) a relatively large oval coupler region in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation NFP with CP, (b) FFP corresponding to FIG. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP内に相対的に小さな円形のカップラー領域CPを複数配置した場合のNFP、(b)図23(a)に対応するFFP。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) a relatively small circular coupler region CP in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation. (B) FFP corresponding to FIG. 23 (a). 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP内に互いに直交する2個の長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFP、(b)図24(a)に対応するFFP。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) two oval shapes orthogonal to each other in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation NFP with coupler region CP, (b) FFP corresponding to FIG. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP内に互いに60度で交差する3個の長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFP、(b)図25(a)に対応するFFP。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) three resonators crossing each other at 60 degrees in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation NFP with oval coupler region CP, (b) FFP corresponding to FIG. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP内に互いに120度で交差する2個の長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFP、(b)図26(a)に対応するFFP。In the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to the first embodiment, (a) two pieces intersecting each other at 120 degrees in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation NFP with oval coupler region CP, (b) FFP corresponding to FIG. 第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP内に互いに72度で交差する5個の長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFP、(b)図27(a)に対応するFFP。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, (a) five resonators crossing each other at 72 degrees in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation NFP with oval coupler region CP, (b) FFP corresponding to FIG. 第2の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(正方格子配置例)、(b)図28(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second embodiment, (a) a schematic plan configuration diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation (Example of square lattice arrangement), (b) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 第3の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(三角格子配置例)、(b)図29(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third embodiment, (a) a schematic plan configuration diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation (Triangular lattice arrangement example), (b) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 第4の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)J点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(三角格子配置例)、(b)図30(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth embodiment, (a) a schematic plan configuration diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to J-point oscillation (Triangular lattice arrangement example), (b) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 第5の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(長方格子配置例)、(b)図31(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth embodiment, (a) a schematic plan configuration diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation (Example of arrangement of rectangular lattices), (b) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 第6の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(菱形格子配置例)、(b)図32(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth embodiment, (a) a schematic plan configuration diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation (Rhombus lattice arrangement example), (b) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcが異なる場合の配置例であって、(a)Dc<=Drで同一点に配置された例、(b)Dc>Drで同一点に配置された例。An example of arrangement when the diameter D r of the resonator lattice point 12A and the diameter D c of the coupler lattice point 12C are different, and (a) an example of arrangement at the same point with D c ≦ D r , (b) An example in which D c > D r is arranged at the same point. 共振器用格子点12Aの形状とカップラー用格子点12Cの形状が異なる場合の配置例であって、(a)共振器用格子点12Aの形状が円形、カップラー用格子点12Cが三角形の例、(b)共振器用格子点12Aの形状が菱形、カップラー用格子点12Cが楕円形の例。It is an arrangement example when the shape of the resonator lattice point 12A and the shape of the coupler lattice point 12C are different, and (a) the resonator lattice point 12A has a circular shape, and the coupler lattice point 12C has a triangular shape. ) An example in which the resonator lattice point 12A has a rhombus shape and the coupler lattice point 12C has an elliptical shape. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的鳥瞰構造図。FIG. 10 is a schematic bird's-eye view of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to a seventh embodiment. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザから出射される縦長ビーム構造のファーフィールドパターン(FFP:Far Field Pattern)例。An example of a far field pattern (FFP: Far Field Pattern) emitted from a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to a seventh embodiment. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)2次元フォトニック結晶層の面内共振モードの模式的説明図、(b)出射される面発光レーザ光hνLと共振器内レーザ光hνRの模式図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, (a) a schematic explanatory view of an in-plane resonance mode of the two-dimensional photonic crystal layer, (b) an emitted surface emitting laser beam hν L And a schematic diagram of the laser beam hν R in the resonator. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点の模式的平面構成図(長方格子配置例)。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on 7th Embodiment, the schematic plane block diagram of the lattice point for resonators of the two-dimensional photonic crystal layer applied to (GAMMA) point oscillation (rectangular lattice arrangement example). (a)図38のIV−IV線に沿う模式的断面構造図、(b)図38のV−V線に沿う模式的断面構造図。(A) Typical cross-section diagram along line IV-IV in FIG. 38, (b) Typical cross-section diagram along line VV in FIG. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.015の場合のバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数との関係を示す図。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment has a band structure in the case of an aspect ratio r = 1.015 in rectangular lattice Γ-point oscillation, and has a normalized frequency (c / a) and The figure which shows the relationship with a wave number. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.03の場合のバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数との関係を示す図。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment has a band structure when the aspect ratio r = 1.03 in rectangular lattice Γ-point oscillation, and has a normalized frequency (c / a) and The figure which shows the relationship with a wave number. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.045の場合のバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数との関係を示す図。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment has a band structure when the aspect ratio r = 1.045 in rectangular lattice Γ-point oscillation, and has a normalized frequency (c / a) and The figure which shows the relationship with a wave number. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用長方格子の格子点の実空間。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, the real space of the lattice points of the resonator rectangular lattice. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用長方格子の波数空間。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, the wave number space of a resonator rectangular lattice. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.015の場合のFFPの測定実験結果。The FFP measurement experiment result in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment when the aspect ratio r = 1.015 in rectangular lattice Γ point oscillation. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.03の場合のFFPの測定実験結果。The FFP measurement experiment result in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment when the aspect ratio r = 1.03 in rectangular lattice Γ point oscillation. 第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.045の場合のFFPの測定実験結果。The FFP measurement experiment result when the aspect ratio r = 1.045 in the rectangular lattice Γ-point oscillation in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment. (a)図38のIV−IV線に沿う第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図、(b)図38のV−V線に沿う第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図。(A) Schematic sectional view of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment taken along line IV-IV in FIG. 38, (b) A seventh taken along line VV in FIG. The typical cross-section figure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on embodiment. (a)図38のIV−IV線に沿う第7の実施の形態の変形例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図、(b)図38のV−V線に沿う第7の実施の形態の変形例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図。(A) Schematic cross-sectional structure diagram of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to a modification of the seventh embodiment along the IV-IV line in FIG. 38, (b) along the VV line in FIG. The typical cross-section figure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on the modification of 7th Embodiment. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子X点発振におけるバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数との関係を示す図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on 8th Embodiment, it is a band structure in rectangular lattice X point oscillation, Comprising: The figure which shows the relationship between the normalized frequency (c / a) and a wave number. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用長方格子の格子点の実空間。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, a real space of lattice points of a resonator rectangular lattice. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用長方格子の波数空間。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, a wave number space of a resonator rectangular lattice. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点の模式的平面構成図(長方格子配置例)。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on 8th Embodiment, the typical plane block diagram of the lattice point for resonators of the two-dimensional photonic crystal layer applied to X point oscillation (rectangular lattice arrangement example). 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(長方格子配置例)。Schematic plan configuration diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation in a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to an eighth embodiment Example of lattice arrangement). (a)図54のVI−VI線に沿う模式的断面構造図、(b)図54のVII−VII線に沿う模式的断面構造図。54A is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line VI-VI in FIG. 54, and FIG. 54B is a schematic cross-sectional structure diagram along the line VII-VII in FIG. 54. (a)図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図、(b)図54のVII−VII線に沿う第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図。(A) A schematic sectional view of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment along the VI-VI line in FIG. 54, (b) an eighth along the VII-VII line in FIG. The typical cross-section figure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on embodiment. (a)図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態の変形例1に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図、(b)図54のVII−VII線に沿う第8の実施の形態の変形例1に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図。(A) Schematic sectional view of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 1 of the eighth embodiment along the VI-VI line in FIG. 54, (b) along the VII-VII line in FIG. The typical cross-section figure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on the modification 1 of 8th Embodiment which follows. (a)図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態の変形例2に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図、(b)図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態の変形例3に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図、(c)図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態の変形例4に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造図。(A) A schematic cross-sectional structure diagram of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 2 of the eighth embodiment along the VI-VI line of FIG. 54, (b) a VI-VI line of FIG. FIG. 5C is a schematic cross-sectional structure diagram of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 3 of the eighth embodiment, FIG. 54 is a fourth modification of the eighth embodiment along the line VI-VI in FIG. The typical cross-section figure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on. 第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(長方格子配置例)、(b)図59(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数の関係を示す図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth modification of the eighth embodiment, (a) a schematic diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation FIG. 5B is a band structure of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 59A, and shows the relationship between the normalized frequency (c / a) and the wave number. . 第8の実施の形態の変形例6に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成図(菱形格子配置例)、(b)図60(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 6 of the eighth embodiment, (a) a schematic diagram of resonator lattice points and coupler lattice points of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation FIG. 60 is a schematic plan configuration diagram (diamond lattice arrangement example), (b) a band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPおよびカップラー領域CP内における共振器用格子点12A・カップラー用格子点12Cの配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, resonator lattice points 12A and couplers in the resonator region RP and coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X-point oscillation are used. An arrangement example of the lattice point 12C. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)光出射用フォトニック結晶層122にカップラー用格子点12Cを配置した例、(b)定在波形成用フォトニック結晶層121に共振器用格子点12Aを配置した例、(c)同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した例、(d)同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した別の例、(e)同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した更に別の例、(f)同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した更に別の例。In the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to an embodiment of the 8, (a) example of the light-emitting photonic crystal layer 12 2 a coupler for grid point 12C disposed, (b) Photo for the standing wave formed example in which the resonator grid point 12A to the photonic crystal layer 121, an example of arranging the resonator grid points 12A and couplers lattice point 12C on the same photonic crystal layer 12 (c), (d) the same photonic Another example in which the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C are arranged in the crystal layer 12, (e) Still another example in which the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C are arranged in the same photonic crystal layer 12. Example, (f) Still another example in which resonator lattice points 12A and coupler lattice points 12C are arranged on the same photonic crystal layer 12. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPとカップラー領域CPの大きさがほぼ等しい場合の近視野像(NFP:Near Field Pattern)、(b)カップラー領域CPからのビーム拡がり領域を示す模式図、(c)図63(a)に対応する共振器領域RPおよびカップラー領域CP内の共振器用格子点およびカップラー用格子点の配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, (a) the size of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X point oscillation are substantially equal (NFP: Near Field Pattern), (b) Schematic diagram showing a beam expansion region from the coupler region CP, (c) Resonance in the resonator region RP and the coupler region CP corresponding to FIG. 63 (a) The example of arrangement | positioning of the lattice point for dexterity and the lattice point for couplers. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPとカップラー領域CPの大きさが異なる場合のNFP、(b)カップラー領域CPからのビーム拡がり領域を示す模式図、(c)図64(a)に対応する共振器領域RPおよびカップラー領域CP内の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, (a) when the sizes of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X-point oscillation are different NFP, (b) Schematic diagram showing a beam expansion region from the coupler region CP, (c) Resonator region RP corresponding to FIG. 64 (a), resonator lattice point 12A and coupler lattice point 12C in the coupler region CP Example of arrangement. 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcが異なる場合の配置例であって、(a)Dc<=Drで同一点に配置された例、(b)Dc>Drで同一点に配置された例。In the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to the eighth embodiment, the diameter D of the diameter D r and couplers lattice point 12C of the resonator grid points 12A of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X point oscillation An example of arrangement when c is different, (a) an example arranged at the same point with D c ≦ D r , and (b) an example arranged at the same point with D c > D r . 第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点12Aの形状とカップラー用格子点12Cの形状が異なる場合の配置例であって、(a)共振器用格子点12Aの形状が円形、カップラー用格子点12Cが三角形の例、(b)共振器用格子点12Aの形状が菱形、カップラー用格子点12Cが楕円形の例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, when the shape of the resonator lattice point 12A and the shape of the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X-point oscillation are different (A) An example in which the shape of the resonator lattice point 12A is a circle and the coupler lattice point 12C is a triangle, and (b) a shape of the resonator lattice point 12A is a rhombus, and the coupler lattice point 12C is an ellipse. Example of shape. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的鳥瞰構造図。The typical bird's-eye view structure figure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser which concerns on 9th Embodiment. (a)第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに適用される2次元フォトニック結晶層の長方格子の実空間、(b)図68(a)に対応する波数空間。(A) Real space of a rectangular lattice of a two-dimensional photonic crystal layer applied to the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, (b) a wave number space corresponding to FIG. 68 (a) . 2次元フォトニック結晶層が長方格子の格子点を有する場合を例として、2次元フォトニック結晶面発光レーザの面発光の動作原理図であって、(a)2次元フォトニック結晶層の長方格子の面内共振状態の実空間における説明図、(b)図69(a)に対応する波数空間における説明図。FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of surface emission of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, in which a two-dimensional photonic crystal layer has lattice points of a rectangular lattice, and (a) the length of a two-dimensional photonic crystal layer. Explanatory drawing in the real space of the in-plane resonance state of a square lattice, (b) Explanatory drawing in the wave number space corresponding to Fig.69 (a). (a)図69に対応した面内共振状態において、上方向(z軸方向)への回折動作の波数空間kx−kyにおける説明図、(b)図70(a)に対応する波数空間kz−kyにおける説明図。(A) in-plane resonance state corresponding to FIG. 69, illustrating the wave number space k x -k y diffraction operation in the upward direction (z-axis direction), the wave number corresponding to (b) Figure 70 (a) space illustration in the k z -k y. 比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(正方格子)の実空間配置例、(b)2次元フォトニック結晶層の光取り出し用格子点の実空間配置例、(c)共振状態形成用格子点と光取り出し用格子点を結合した実空間配置例、(d)図71(a)に対応する波数空間、(e)図71(c)に対応する波数空間。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, (a) an example of arrangement in real space of the lattice points (square lattice) for forming the resonance state of the two-dimensional photonic crystal layer, (b) the two-dimensional photonic crystal layer Example of real space arrangement of light extraction lattice points, (c) Real space arrangement example combining resonance state forming lattice points and light extraction lattice points, (d) Wave number space corresponding to FIG. 71 (a), (e ) Wave number space corresponding to FIG. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)の実空間配置例、(b)2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に正弦波関数の摂動を加える様子を説明する概念図、(c)2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加える様子を説明する概念図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, (a) an example of arrangement in real space of lattice points (rectangular lattice) for forming a resonance state of the two-dimensional photonic crystal layer, (b) two-dimensional Conceptual diagram for explaining how a perturbation of a sinusoidal function is applied to the lattice point (rectangular lattice) for forming a resonance state of the photonic crystal layer in the y-axis direction, (c) a lattice for forming the resonance state of the two-dimensional photonic crystal layer The conceptual diagram explaining a mode that the perturbation of hole shape (hole diameter) modulation | alteration is added to a point (rectangular lattice) in the y-axis direction. (a)図72(a)に対応する波数空間、(b)図72(b)に対応する波数空間。(A) Wave number space corresponding to FIG. 72 (a), (b) Wave number space corresponding to FIG. 72 (b). 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)に屈折率変調の摂動を加える様子を説明する実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a real space for explaining a state in which a perturbation of refractive index modulation is applied to a lattice point (rectangular lattice) for forming a resonance state of a two-dimensional photonic crystal layer Arrangement example. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)に孔形状(孔径)変調の摂動を加える様子を説明する実空間配置例。Explained in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment is the perturbation of the hole shape (hole diameter) modulation applied to the resonance state forming lattice points (rectangular lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer. Example of real space layout. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)に孔の深さ変調の摂動を加える様子を説明する実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a state in which perturbation of hole depth modulation is applied to a resonance state forming lattice point (rectangular lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer will be described. Real space layout example. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子X点)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the hole shape (hole diameter) is modulated in the y-axis direction at the resonance state forming lattice point (rectangular lattice X point) of the two-dimensional photonic crystal layer. Real space layout example with perturbation. 図77に対応する波数空間。The wave number space corresponding to FIG. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子X点)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の格子定数(ax、ay)、孔径d1、摂動系数s(=ay/ayc)、およびビーム出射角度θの数値例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the hole shape (hole diameter) is modulated in the y-axis direction at the resonance state forming lattice point (rectangular lattice X point) of the two-dimensional photonic crystal layer. Numerical examples of lattice constants (a x , a y ), hole diameter d 1 , perturbation factor s (= a y / a yc ), and beam emission angle θ when perturbation is applied. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子X点)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の実験結果であって、(a)摂動系数s=0.96の時の遠視野像(FFP: Far Field Pattern)とビーム出射角度θ、(b)摂動系数s=0.98の時のFFPとビーム出射角度θ、(c)摂動系数s=0.98、0.96の時のFFPとビーム出射角度θ。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the hole shape (hole diameter) is modulated in the y-axis direction at the resonance state forming lattice point (rectangular lattice X point) of the two-dimensional photonic crystal layer. It is an experimental result at the time of adding a perturbation, Comprising: (a) Far-field image (FFP: Far Field Pattern) and beam emission angle (theta) at the time of perturbation system number s = 0.96, (b) Perturbation system number s = 0. FFP and beam emission angle θ when 98, (c) FFP and beam emission angle θ when perturbation system number s = 0.98, 0.96. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, perturbation of the hole shape (hole diameter) modulation in the y-axis direction is applied to the resonance state forming lattice point (rectangular lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer. Real space layout example when added. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(面心長方格子)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the hole shape (hole diameter) modulation is performed in the y-axis direction on the resonance state forming lattice point (face-centered rectangular lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer. An example of real space arrangement when perturbation is added. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(正方格子)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation of hole shape (hole diameter) modulation is applied to the lattice point (square lattice) for forming a resonance state of the two-dimensional photonic crystal layer in the y-axis direction. An example of real space layout. 比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(正方格子Γ点)のFFPの模式的説明図。FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of an FFP at a resonance state forming lattice point (square lattice Γ point) of a two-dimensional photonic crystal layer in a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to a comparative example. 比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子Γ点)のFFPの模式的説明図。FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of an FFP at a resonance state forming lattice point (rectangular lattice Γ point) of a two-dimensional photonic crystal layer in a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to a comparative example. 比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(正方格子M点)に光取り出し用格子点を重ねた場合のFFPの模式的説明図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, a schematic explanatory diagram of the FFP in the case where the light extraction lattice point is superimposed on the resonance state forming lattice point (square lattice M point) of the two-dimensional photonic crystal layer . 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子X点)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合のFFPの模式的説明図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the hole shape (hole diameter) is modulated in the y-axis direction at the resonance state forming lattice point (rectangular lattice X point) of the two-dimensional photonic crystal layer. The typical explanatory view of FFP at the time of adding perturbation. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に孔の深さ変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面パターン構成図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation of hole depth modulation is applied to the lattice point (rectangular lattice) for forming the resonance state of the two-dimensional photonic crystal layer in the y-axis direction. The typical planar pattern block diagram of the lattice point 12P for perturbation state formation. (a)図88のVIII−VIII線に沿う模式的断面構造図、(b)図88のIX−IX線に沿う模式的断面構造図、(c)図88のX−X線に沿う模式的断面構造図。(A) Schematic cross-sectional structure diagram along line VIII-VIII in FIG. 88, (b) Schematic cross-sectional structure diagram along line IX-IX in FIG. 88, (c) Schematic diagram along line XX in FIG. FIG. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に屈折率変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面パターン構成図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation in which a perturbation of refractive index modulation is added in the y-axis direction to a resonance state forming lattice point (rectangular lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer The typical plane pattern block diagram of the grid point 12P for state formation. (a)図90のXI−XI線に沿うx軸方向の屈折率分布例、(b)図90のXII−XII線に沿うx軸方向の屈折率分布例、(c)図90のXIII−XIII線に沿うx軸方向の屈折率分布例。(A) Example of refractive index distribution in x-axis direction along line XI-XI in FIG. 90, (b) Example of refractive index distribution in x-axis direction along line XII-XII in FIG. 90, (c) XIII- in FIG. An example of the refractive index distribution in the x-axis direction along the XIII line. 第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面パターン構成図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, perturbation of the hole shape (hole diameter) modulation in the y-axis direction is applied to the resonance state forming lattice point (rectangular lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer. The typical plane pattern block diagram of added lattice point 12P for perturbation state formation. (a)図92のXIV−XIV線に沿う模式的断面構造図、(b)図92のXV−XV線に沿う模式的断面構造図、(c)図92のXVI−XVI線に沿う模式的断面構造図。(A) Schematic cross-sectional structure diagram along line XIV-XIV in FIG. 92, (b) Schematic cross-sectional structure diagram along line XV-XV in FIG. 92, (c) Schematic structure along line XVI-XVI in FIG. FIG. (a)第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点の模式的平面構成図(正方格子配置例)、(b)第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに適用される2次元フォトニック結晶のバンド構造図。(A) In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a schematic plan configuration diagram of a lattice point for forming a resonance state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to Γ point oscillation (square lattice) Arrangement example), (b) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal applied to a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to a ninth embodiment. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および屈折率変調・孔形状(孔径)変調・孔の深さ変調などの摂動を加えた摂動状態形成用格子点の模式的平面構成図(正方格子配置例)、(b)図95(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a lattice state for forming a resonance state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation and a refractive index modulation / hole shape (hole diameter) ) Schematic plane configuration diagram (example of square lattice arrangement) of lattice points for perturbation state formation to which perturbations such as modulation and hole depth modulation are added, (b) of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. Band structure diagram. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および摂動状態形成用格子点の模式的平面構成図(正方格子配置例)、(b)図96(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a schematic diagram of a lattice point for forming a resonance state and a lattice point for forming a perturbation state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation (B) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 96 (a). 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および摂動状態形成用格子点の模式的平面構成図(三角格子配置例)、(b)図97(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a schematic diagram of a lattice point for forming a resonance state and a lattice point for forming a perturbation state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation (B) A band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 97 (a). 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)J点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および摂動状態形成用格子点の模式的平面構成図(三角格子配置例)、(b)図98(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a schematic diagram of a lattice point for forming a resonance state and a lattice point for forming a perturbation state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to J-point oscillation (B) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 98 (a). 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および摂動状態形成用格子点の模式的平面構成図(長方格子配置例:a1>a2の例)、(b)図99(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a schematic diagram of a lattice point for forming a resonance state and a lattice point for forming a perturbation state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation FIG. 99 is a schematic plan configuration diagram (example of rectangular lattice arrangement: example of a 1 > a 2 ), (b) a band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および摂動状態形成用格子点の模式的平面構成図(菱形格子配置例)、(b)図100(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a schematic diagram of a lattice point for forming a resonance state and a lattice point for forming a perturbation state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation FIG. 4B is a schematic plan view (diamond lattice arrangement example), (b) a band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および摂動状態形成用格子点の模式的平面構成図(長方格子配置例:a1<a2の例)、(b)図101(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数の関係を示す図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a schematic diagram of a lattice point for forming a resonance state and a lattice point for forming a perturbation state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation Planar configuration diagram (example of rectangular lattice arrangement: example of a 1 <a 2 ), (b) Band structure of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 101 (a), and relationship between normalized frequency and wave number FIG. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および摂動状態形成用格子点の模式的平面構成図(菱形格子配置例)、(b)図102(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造図。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a schematic diagram of a lattice point for forming a resonance state and a lattice point for forming a perturbation state of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation (2) Band structure diagram of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 102 (a). 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP内における共振状態形成用格子点12A・摂動状態形成用格子点12Pの配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the resonance state forming lattice points in the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X-point oscillation 12A. Arrangement example of perturbed state forming lattice points 12P. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)フォトニック結晶層12に共振状態形成用格子点12Aを配置した例、(b)同一のフォトニック結晶層12に共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pを配置した例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) an example in which resonance state forming lattice points 12A are arranged in the photonic crystal layer 12, and (b) in the same photonic crystal layer 12 The example which arrange | positioned the lattice point 12A for resonance state formation, and the lattice point 12P for perturbation state formation. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPと摂動状態形成領域PPの大きさがほぼ等しい場合の近視野像(NFP:Near Field Pattern)、(b)摂動状態形成領域PPからのビーム拡がり領域を示す模式図、(c)図105(a)に対応する共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点にy軸方向に摂動を加えた場合の実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) the sizes of the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X-point oscillation are approximately the same. Near field image (NFP) in the case of being equal, (b) Schematic diagram showing a beam expansion region from the perturbation state formation region PP, (c) Resonator region RP and perturbation state corresponding to FIG. 105 (a) An example of real space arrangement when a perturbation is applied in the y-axis direction to the resonance state forming lattice points in the formation region PP. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPと摂動状態形成領域PPの大きさが異なる場合のNFP、(b)摂動状態形成領域PPからのビーム拡がり領域を示す模式図、(c)図106(a)に対応する摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点にy軸方向に摂動を加えた場合の実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) the sizes of the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X point oscillation are different. (B) Schematic diagram showing the beam expansion region from the perturbation state formation region PP, (c) y-axis direction at the resonance state formation lattice point in the perturbation state formation region PP corresponding to FIG. 106 (a) Example of real space arrangement when perturbation is added to. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RP・摂動状態形成領域PP内における共振状態形成用格子点12A・摂動状態形成用格子点12Pの配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the resonance state forming lattice points in the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to M point oscillation 12A. Arrangement example of perturbed state forming lattice points 12P. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点にy軸方向に摂動を加えた場合の実空間配置例、(b)2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点にx軸方向に摂動を加えた場合の実空間配置例、(c)2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点にx軸に対してプラス45度方向に摂動を加えた場合の実空間配置例、(d)2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点にx軸に対してマイナス45度方向に摂動を加えた場合の実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) a real space arrangement example when a perturbation is applied in the y-axis direction to the resonance state forming lattice point of the two-dimensional photonic crystal layer; (B) Example of real space arrangement when perturbation is applied to the resonance state forming lattice point of the two-dimensional photonic crystal layer in the x-axis direction. (C) x is applied to the resonance state forming lattice point of the two-dimensional photonic crystal layer. Example of real space arrangement when perturbation is applied in the direction of plus 45 degrees to the axis, (d) Perturbation is applied to the lattice point for forming the resonance state of the two-dimensional photonic crystal layer in the direction of minus 45 degrees to the x axis An example of real space layout. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPと摂動状態形成領域PPの大きさがほぼ等しい場合のNFP、(b)摂動状態形成領域PPからのビーム拡がり領域を示す模式図、(c)図109(a)に対応する共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点にx軸に対してプラス45度方向に摂動を加えた場合の実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) the sizes of the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation are approximately the same. NFP in the case of being equal, (b) Schematic diagram showing a beam spreading region from the perturbation state formation region PP, (c) Resonance region formation in the resonator region RP and the perturbation state formation region PP corresponding to FIG. 109 (a) An example of real space arrangement when a perturbation is applied to a grid point in the direction of plus 45 degrees with respect to the x-axis. 第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPと摂動状態形成領域PPの大きさが異なる場合のNFP、(b)摂動状態形成領域PPからのビーム拡がり領域を示す模式図、(c)図110(a)に対応する摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点にx軸に対してプラス45度方向に摂動を加えた場合の実空間配置例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, (a) the sizes of the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the M point oscillation are different. (B) Schematic diagram showing a beam expansion region from the perturbation state formation region PP, (c) A resonance state formation lattice point in the perturbation state formation region PP corresponding to FIG. On the other hand, an example of real space arrangement when perturbation is added in the direction of plus 45 degrees. 第11の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元セルアレイ化して高出力化を図った構成例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eleventh embodiment, a two-dimensional cell array is used to increase the output. 第11の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、(a)第1クラッド層上の2次元フォトニック結晶層に共振状態形成用格子点の基本パターンT0を配置すると共に、矩形形状の摂動状態形成領域PP1・PP2・PP3・PP4の摂動パターンT1・T2・T3・T4を配置する2次元セルアレイ化構成例、(b)第1クラッド層上の2次元フォトニック結晶層に共振状態形成用格子点の基本パターンT0を配置すると共に、六角形形状の摂動状態形成領域PP1・PP2・PP3の摂動パターンT1・T2・T3を配置する2次元セルアレイ化構成例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eleventh embodiment, (a) a basic pattern T 0 of resonance state forming lattice points is arranged on the two-dimensional photonic crystal layer on the first cladding layer; Example of two-dimensional cell array configuration in which perturbation patterns T 1 , T 2 , T 3, and T 4 of rectangular perturbation state forming regions PP1, PP2, PP3, and PP4 are arranged, (b) Two-dimensional photo on the first cladding layer A two-dimensional cell array in which the basic pattern T 0 of the resonance state forming lattice points is arranged in the nick crystal layer, and the perturbation patterns T 1 , T 2 , T 3 of the hexagonal perturbation state forming regions PP1, PP2, PP3 are arranged Configuration example. 第11の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、同一の基板上に図112(b)に示された構成を複数のチップを配置した2次元セルアレイ化構成例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eleventh embodiment, a two-dimensional cell array configuration example in which a plurality of chips of the configuration shown in FIG. 112B is arranged on the same substrate. 第11の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、同一の基板上に互いにFFPの異なる複数のチップを配置した2次元セルアレイ化構成例。In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eleventh embodiment, a two-dimensional cell array configuration example in which a plurality of chips having different FFPs are arranged on the same substrate.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す第1〜第11の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the following first to eleventh embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention are components of the present invention. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.

[第1の実施の形態]
(素子構造)
第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的鳥瞰構造は、図1に示すように表される。
[First embodiment]
(Element structure)
A schematic bird's-eye view structure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図1に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるM点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるM点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。   As shown in FIG. 1, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment is arranged in a standing wave forming photonic crystal layer 12 and a standing wave forming photonic crystal layer 12. And a resonator lattice point 12A for diffracting a light wave at the M-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 within the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12, and A coupler lattice point 12 </ b> C that diffracts a light wave at the M-point band end in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 in the direction perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is provided.

ここで、カップラー用格子点12Cは、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置されている。   Here, the coupler lattice point 12 </ b> C is disposed in the standing wave forming photonic crystal layer 12.

また、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図1に示すように、基板24と、基板24上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備える。ここで、第1クラッド層10はp型半導体層、第2クラッド層16はn型半導体層で形成されていても良く、あるいは導電性を反対にしても良い。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment includes a substrate 24, a first cladding layer 10 disposed on the substrate 24, and a first cladding layer 10 as shown in FIG. A second clad layer 16 disposed above, and an active layer 14 sandwiched between the first clad layer 10 and the second clad layer 16 are provided. Here, the first cladding layer 10 may be a p-type semiconductor layer, and the second cladding layer 16 may be an n-type semiconductor layer, or the conductivity may be reversed.

更に、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図1に示すように、第2クラッド層16上に配置されたコンタクト層18と、コンタクト層18上の面発光領域に配置され、レーザ光を取り出すためのウィンドウ層20と、ウィンドウ層20上に配置された窓状の上部電極22と、基板24の裏面に配置された下部電極26とを備える。   Furthermore, as shown in FIG. 1, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment includes a contact layer 18 disposed on the second cladding layer 16 and a surface emitting region on the contact layer 18. And a window layer 20 for extracting laser light, a window-shaped upper electrode 22 disposed on the window layer 20, and a lower electrode 26 disposed on the back surface of the substrate 24.

定在波形成用フォトニック結晶層12は、図1に示すように、第1クラッド層10と第2クラッド層16との間に、活性層14の面垂直方向に活性層14に隣接して配置されていても良い。ここで、活性層14は、例えば、多重量子井戸(MQW:Multi-Quantum Well)層で形成されていても良い。   As shown in FIG. 1, the standing wave forming photonic crystal layer 12 is adjacent to the active layer 14 between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16 in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. It may be arranged. Here, the active layer 14 may be formed of, for example, a multi-quantum well (MQW) layer.

更に、活性層14と定在波形成用フォトニック結晶層12との間には、図1に示すように、キャリアブロック層13を備え、MQW層からなる活性層14内にキャリアを有効に取り込みかつ活性層14から定在波形成用フォトニック結晶層12へのキャリアの流入をブロックしても良い。   Further, as shown in FIG. 1, a carrier block layer 13 is provided between the active layer 14 and the standing wave forming photonic crystal layer 12, and carriers are effectively taken into the active layer 14 composed of an MQW layer. In addition, the inflow of carriers from the active layer 14 to the standing wave forming photonic crystal layer 12 may be blocked.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの材料系としては、例えば、以下のものを適用可能である。すなわち、例えば、波長1.3μm〜1.5μmでは、GaInAsP/InP系、波長900nmの赤外光では、InGaAs/GaAs系、波長800nm〜900の赤外光/近赤外光では、GaAlAs/GaAs系若しくはGaInNAs/GaAs系、波長1.3μm〜1.67μmでは、GaAlInAs/InP系、波長0.65μmでは、AlGaInP/GaAs系、青色光では、GaInN/GaN系などを適用可能である。 As a material system of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, for example, the following can be applied. That is, for example, at a wavelength of 1.3 μm to 1.5 μm, a GaInAsP / InP system, an infrared light with a wavelength of 900 nm is an InGaAs / GaAs system, and an infrared light / near infrared light with a wavelength of 800 nm to 900 is GaAlAs / GaAs. GaAlInAs / GaAs system, GaAlInAs / InP system for wavelengths of 1.3 μm to 1.67 μm, AlGaInP / GaAs system for wavelengths of 0.65 μm, GaInN / GaN system for blue light, etc. are applicable.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに適用される2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数[単位:c/a]と波数ベクトルの関係は、図2に示すように表される。   2 is a band structure of a two-dimensional photonic crystal applied to the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, and the relationship between the normalized frequency [unit: c / a] and the wave vector is shown in FIG. As shown in FIG.

フォトニックバンド構造において、傾きが0となる部分をバンド端と呼ぶ。バンド端においては、光の群速度が0となり、定在波が形成されるため、フォトニック結晶が光の共振器として機能する。   In the photonic band structure, a portion where the inclination is 0 is called a band edge. At the band edge, the group velocity of light becomes 0 and a standing wave is formed, so that the photonic crystal functions as a light resonator.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるM点バンド端(図2のQ領域近傍)における発振を利用している。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, oscillation at the M-point band end (near the Q region in FIG. 2) in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is performed. We are using.

定在波形成用フォトニック結晶層12において、共振器用格子点12Aは、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内での回折に適用される。一方、カップラー用格子点12Cは、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向への回折に適用される。   In the standing wave forming photonic crystal layer 12, the resonator lattice points 12 </ b> A are applied to diffraction within the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12. On the other hand, the coupler lattice point 12 </ b> C is applied to diffraction in the direction perpendicular to the surface of the standing wave forming photonic crystal layer 12.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の面内共振モードの模式的説明図は、図3(a)に示すように表される。図3(a)には、2次元フォトニック結晶層12内の共振器用格子点12Aをキャビティーとする多重化された面内共振モードによって、2次元の大面積共振器が形成される様子が示されている。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, a schematic explanatory diagram of the in-plane resonance mode of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is expressed as shown in FIG. FIG. 3A shows a state in which a two-dimensional large-area resonator is formed by the multiplexed in-plane resonance mode in which the resonator lattice point 12A in the two-dimensional photonic crystal layer 12 is a cavity. It is shown.

比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aの模式的平面構成は、図4に示すように、正方格子に配置される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, the schematic plane configuration of the resonator lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the Γ-point oscillation is a square lattice as shown in FIG. Placed in.

Γ点バンド端(図2のP領域近傍)を用いる発振バンド端では、定在波形成用フォトニック結晶層12において、共振器用格子点12Aは共振器とカップラーの両方の機能を有するため、図3(a)の構成のまま、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向へ面発光レーザ光hνLを取り出すことができる。 At the oscillation band edge using the Γ point band edge (near the P region in FIG. 2), in the standing wave forming photonic crystal layer 12, the resonator lattice point 12A functions as both a resonator and a coupler. The surface emitting laser light hν L can be extracted in the direction perpendicular to the surface of the standing wave forming photonic crystal layer 12 with the configuration of 3 (a).

一方、M点発振バンド端、X点発振バンド端では、共振器の機能しかもたないため、カップラー機能をもったフォトニック結晶構造を重ねて導入することにより光を取り出すことが可能となる。   On the other hand, since the M point oscillation band end and the X point oscillation band end have only a function of a resonator, it is possible to extract light by introducing a photonic crystal structure having a coupler function in an overlapping manner.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニックバンド構造のM点バンド端における発振を用いる。これらの発振では、フォトニック結晶の周期構造は、発振のための定在波形成の機能しか持っていないが、この周期構造と同一面内に、光を回折させるための周期構造(カップラー)を設けることにより、光を取り出すことができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, oscillation at the M-point band edge of the photonic band structure is used. In these oscillations, the periodic structure of the photonic crystal has only a function of forming a standing wave for oscillation, but a periodic structure (coupler) for diffracting light is provided in the same plane as this periodic structure. By providing, light can be extracted.

しかも、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、大面積で安定な単一モードで動作可能である。すなわち、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、定在波形成用フォトニック結晶層12に形成された共振器用格子点12A・カップラー用格子点12Cからなる2次元周期構造によって電磁界分布が規定されているため、大面積でも単一モードを維持可能である。このため、例えば、W級の出力光をレンズを介して小さい1点に集光するなどの加工が容易である。   Moreover, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment can operate in a large area and a stable single mode. That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, a two-dimensional structure including resonator lattice points 12A and coupler lattice points 12C formed in the standing wave forming photonic crystal layer 12 is used. Since the electromagnetic field distribution is defined by the periodic structure, a single mode can be maintained even in a large area. For this reason, for example, processing such as focusing W-class output light on a small point via a lens is easy.

例えば、図1において、定在波形成用フォトニック結晶層12のサイズは、例えば、約700μm×約700μmである。   For example, in FIG. 1, the size of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is, for example, about 700 μm × about 700 μm.

また、近視野像(NFP:Near Field Pattern)の例では、約100μm角程度の大面積発振から約数100μm角程度の超大面積発振も実現可能である。発振スペクトルは、例えば、波長約950nmの常温連続発振を半値全幅(FWHM:Full Width at Half Maximum)が約0.16nm程度で得られている。また、単一モードで、2.7Wの光出力を1kHz−50nsのパルス駆動で得られている。   Further, in the example of a near field image (NFP), a large area oscillation of about 100 μm square to an ultra large area oscillation of about several hundred μm square can be realized. The oscillation spectrum is obtained, for example, at room temperature continuous oscillation at a wavelength of about 950 nm with a full width at half maximum (FWHM) of about 0.16 nm. Further, in a single mode, a light output of 2.7 W is obtained by pulse driving of 1 kHz-50 ns.

図3(a)中には、カップラー用格子点12Cは、図示を省略しているが、フォトニック結晶層12に対して、垂直方向に面発光レーザ光hνLが出射される。 In FIG. 3A, although the illustration of the coupler lattice point 12C is omitted, the surface emitting laser light hν L is emitted in the vertical direction with respect to the photonic crystal layer 12.

出射される面発光レーザ光hνLと共振器内レーザ光hνRは、図3(b)に示すように表される。フォトニック結晶層12面内の共振器内レーザ光hνRの4波の結合として、面発光レーザ光hνLが、フォトニック結晶層12に対して垂直方向に出射される。 The emitted surface emitting laser beam hν L and the intracavity laser beam hν R are expressed as shown in FIG. The surface emitting laser light hν L is emitted in a direction perpendicular to the photonic crystal layer 12 as a combination of four waves of the intracavity laser light hν R in the surface of the photonic crystal layer 12.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの模式的平面構成は、図5(a)に示すように、正方格子に配置される。また、図5(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数ベクトルの関係は、図5(b)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the schematic plane configuration of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M point oscillation is as follows. As shown in FIG. 5A, they are arranged in a square lattice. Moreover, it is a band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 5A, and the relationship between the normalized frequency and the wave number vector is expressed as shown in FIG. 5B.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、図5(a)および図5(b)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるM点バンド端における光波を回折する共振器用格子点12Aは、正方格子に配置され、カップラー用格子点12Cは、正方格子の格子定数の2倍の格子定数を有する面心正方格子に配置され、かつカップラー用格子点12Cの対角線方向のピッチは、フォトニック結晶層12の媒質内波長λに等しい。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, as shown in FIG. 5A and FIG. 5B, in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 The resonator lattice point 12A for diffracting the light wave at the M-point band edge is disposed in a square lattice, and the coupler lattice point 12C is disposed in a face-centered square lattice having a lattice constant twice that of the square lattice. The pitch of the coupler lattice points 12C in the diagonal direction is equal to the in-medium wavelength λ of the photonic crystal layer 12.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの拡大された模式的平面構成(正方格子配置例)は、図6に示すように表され、図6のII−II線に沿う模式的断面構造は、図7(a)に示すように表され、図6のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図7(b)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, enlarged schematic views of the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation. A planar configuration (an example of a square lattice arrangement) is represented as shown in FIG. 6, and a schematic cross-sectional structure taken along line II-II in FIG. 6 is represented as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure along the line -III is expressed as shown in FIG.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、図7(a)および図7(b)に示すように空孔として形成可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the M-point oscillation are shown in FIG. ) And as shown in FIG. 7 (b).

共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、例えば、光の周期程度のピッチで配置可能である。例えば、空孔が、空気で満たされるとすると、空気/半導体のピッチは、光通信帯で、約400nm程度の周期に配置可能であり、青色光では、約230nm程度の周期に配置可能である。   The resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C can be arranged, for example, at a pitch of about the light period. For example, if the holes are filled with air, the air / semiconductor pitch can be arranged in a period of about 400 nm in the optical communication band, and can be arranged in a period of about 230 nm in blue light. .

また、試作されている共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの直径・深さは、例えば、約120nm・115nm程度であり、ピッチは、例えば、約286nm程度である。尚、これらの数値例は、基板10および活性層14を構成する材料系、2次元フォトニック結晶層12の材料系および媒質内波長などによって適宜変更可能である。   In addition, the diameter and depth of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C that are prototyped are about 120 nm and 115 nm, for example, and the pitch is about 286 nm, for example. These numerical examples can be appropriately changed depending on the material system constituting the substrate 10 and the active layer 14, the material system of the two-dimensional photonic crystal layer 12, the wavelength in the medium, and the like.

例えば、GaAs/AlGaAs系材料を適用した第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、2次元フォトニック結晶層12の媒質内波長λとしては、約200nm〜約300nm程度であり、出力光波長は、約900nm〜約915nm程度である。   For example, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment to which a GaAs / AlGaAs-based material is applied, the in-medium wavelength λ of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is about 200 nm to about 300 nm. The output light wavelength is about 900 nm to about 915 nm.

尚、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、例えば、空気孔として形成する代わりに、屈折率の異なる半導体層で充填しても良い。例えば、GaAs層に対してAlGaAs層を充填して形成しても良い。例えば、2次元フォトニック結晶層12を融着する製造工程において、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの空孔形状が変形する場合には、屈折率の異なる半導体層で充填することがこのような変形を回避する上で有効である。   The resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C may be filled with semiconductor layers having different refractive indexes, instead of being formed as air holes, for example. For example, the GaAs layer may be formed by filling an AlGaAs layer. For example, in the manufacturing process of fusing the two-dimensional photonic crystal layer 12, when the cavity shapes of the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C are deformed, the semiconductor layers having different refractive indexes may be filled. This is effective in avoiding such deformation.

図5のI−I線に沿う第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図8に示すように表される。   A schematic cross-sectional structure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment taken along line II in FIG. 5 is expressed as shown in FIG.

すなわち、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、基板(24:図1)と、基板(24)上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備え、定在波形成用フォトニック結晶層12は、第1クラッド層10と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図8に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と活性層14との間には、キャリアブロック層13を備えている。   That is, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment includes a substrate (24: FIG. 1), a first cladding layer 10 disposed on the substrate (24), and the first cladding layer 10. The standing clad layer-forming photonic crystal layer 12 includes a first clad layer 16 disposed thereon, and an active layer 14 sandwiched between the first clad layer 10 and the second clad layer 16. 10 and the active layer 14 may be disposed adjacent to each other in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. Further, as shown in FIG. 8, a carrier block layer 13 is provided between the standing wave forming photonic crystal layer 12 and the active layer 14.

(変形例1)
図5のI−I線に沿う第1の実施の形態の変形例1に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図9(a)に示すように表される。
(Modification 1)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first modification of the first embodiment along the line II in FIG. 5 is represented as shown in FIG.

すなわち、第1の実施の形態の変形例1に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図9(a)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12は、第2クラッド層16と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図10(a)では図示を省略しているが、定在波形成用フォトニック結晶層12と活性層14との間には、図8と同様に、キャリアブロック層13を配置しても良い。   That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first modification of the first embodiment, as shown in FIG. 9A, the standing wave forming photonic crystal layer 12 includes the second cladding layer. 16 and the active layer 14 may be disposed adjacent to each other in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. Although not shown in FIG. 10A, a carrier block layer 13 is arranged between the standing wave forming photonic crystal layer 12 and the active layer 14 as in FIG. Also good.

(変形例2)
図5のI−I線に沿う第1の実施の形態の変形例2に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図9(b)に示すように表される。
(Modification 2)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second modification of the first embodiment along the line II in FIG. 5 is expressed as shown in FIG.

すなわち、第1の実施の形態の変形例2に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図9(b)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層121と積層化される光出射用フォトニック結晶層122を更に備え、カップラー用格子点12Cは、光出射用フォトニック結晶層122内に配置されていても良い。 In other words, the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to the second modification of the first embodiment, as shown in FIG. 9 (b), is laminated with the photonic crystal layer 12 1 for the standing wave formed The light emitting photonic crystal layer 12 2 may be further provided, and the coupler lattice point 12C may be disposed in the light emitting photonic crystal layer 12 2 .

第1の実施の形態の変形例2に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図9(b)に示すように、基板(24:図1)と、基板(24)上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備え、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122は、第1クラッド層10と第2クラッド層16との間に、活性層14の面垂直方向に、活性層14を挟んで配置される。 The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second modification of the first embodiment is disposed on the substrate (24: FIG. 1) and the substrate (24) as shown in FIG. 9B. The first clad layer 10, a second clad layer 16 disposed on the first clad layer 10, and an active layer 14 sandwiched between the first clad layer 10 and the second clad layer 16, and standing wave formation The photonic crystal layer 12 1 for light and the photonic crystal layer 12 2 for light emission sandwich the active layer 14 between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16 in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. Be placed.

また、図9(b)では図示を省略しているが、定在波形成用フォトニック結晶層121と活性層14との間および光出射用フォトニック結晶層122と活性層14との間には、図8と同様に、キャリアブロック層13をそれぞれ配置しても良い。 Although not shown in FIG. 9B, between the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the active layer 14 and between the light emitting photonic crystal layer 12 2 and the active layer 14. In the meantime, similarly to FIG. 8, the carrier block layers 13 may be respectively disposed.

また、図9(b)において、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122の積層順序を逆にして、活性層14と第2クラッド層16との間に光出射用フォトニック結晶層122を配置し、活性層14と第1クラッド層10との間に定在波形成用フォトニック結晶層121を配置してもよい。カップラー用格子点12Cが配置される光出射用フォトニック結晶層122を光の取り出し方向に近い位置に配置可能であるため、光の取り出し効率も増大可能である。 Further, in FIG. 9B, the stacking order of the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 is reversed so that the active layer 14 and the second cladding layer 16 are disposed. the light-emitting photonic crystal layer 12 2 is arranged, it may be arranged a photo for the standing wave formed photonic crystal layer 121 between the active layer 14 and the first cladding layer 10. Since the light emitting photonic crystal layer 12 2 where the coupler lattice point 12C is disposed can be disposed at a position close to the light extraction direction, the light extraction efficiency can be increased.

(変形例3)
図5のI−I線に沿う第1の実施の形態の変形例3に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図10(a)に示すように表される。
(Modification 3)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 3 of the first embodiment along the line II in FIG. 5 is represented as shown in FIG.

すなわち、第1の実施の形態の変形例3に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122は、第2クラッド層16と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図10(a)では図示を省略しているが、光出射用フォトニック結晶層122と活性層14との間には、図8と同様に、キャリアブロック層13を配置しても良い。 That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third modification of the first embodiment, the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 are the second The clad layer 16 and the active layer 14 may be disposed adjacent to each other in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. Further, although not shown in FIG. 10 (a), between the light-emitting photonic crystal layer 12 2 and the active layer 14, similarly to FIG. 8, be arranged carrier block layer 13 good.

また、図10(a)において、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122の積層順序を逆にして、活性層14上に定在波形成用フォトニック結晶層121を配置し、定在波形成用フォトニック結晶層121上に光出射用フォトニック結晶層122を配置してもよい。活性層14に近い位置に定在波形成用フォトニック結晶層121を配置した方が、定在波形成作用をより効果的に実施することができる。また、カップラー用格子点12Cが配置される光出射用フォトニック結晶層122を光の取り出し方向に近い位置に配置可能であるため、光の取り出し効率も増大可能である。 Further, in FIG. 10A, the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 are stacked in the reverse order, and the standing wave forming photonic crystal is formed on the active layer 14. The crystal layer 12 1 may be disposed, and the light emitting photonic crystal layer 12 2 may be disposed on the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 . Better to place the photonic crystal layer 12 1 for the standing wave formed in a position closer to the active layer 14, it is possible to more effectively implement a standing wave forming effect. Further, since the light emitting photonic crystal layer 12 2 where the coupler lattice point 12C is disposed can be disposed at a position close to the light extraction direction, the light extraction efficiency can be increased.

(変形例4)
図5のI−I線に沿う第1の実施の形態の変形例4に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図10(b)に示すように表される。
(Modification 4)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 4 of the first embodiment along the line II in FIG. 5 is expressed as shown in FIG.

すなわち、第1の実施の形態の変形例4に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122は、第1クラッド層10と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図10(b)では図示を省略しているが、定在波形成用フォトニック結晶層121と活性層14との間には、図8と同様に、キャリアブロック層13を配置しても良い。 That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth modification of the first embodiment, the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 have the first structure. The clad layer 10 and the active layer 14 may be disposed adjacent to each other in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. Further, although not shown in FIG. 10 (b), the between the standing wave forming photonic crystal layer 121 and the active layer 14, similarly to FIG. 8, arranged carrier block layer 13 May be.

また、図10(a)において、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122の積層順序を逆にして、活性層14に近接して光出射用フォトニック結晶層122を配置してもよい。カップラー用格子点12Cが配置される光出射用フォトニック結晶層122を光の取り出し方向に近い位置に配置可能であるため、光の取り出し効率も増大可能である。 Further, in FIG. 10A, the order of stacking the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 is reversed so that the light emitting photonic is close to the active layer 14. the crystal layer 12 2 may be disposed. Since the light emitting photonic crystal layer 12 2 where the coupler lattice point 12C is disposed can be disposed at a position close to the light extraction direction, the light extraction efficiency can be increased.

(ビーム拡がり角度の制御:共振器領域RPとカップラー領域CP)
共振器領域RPとは、定在波形成用フォトニック結晶層12・121において共振器用格子点12Aが配置される領域であり、カップラー領域CPとは、定在波形成用フォトニック結晶層12若しくは、光出射用フォトニック結晶層122においてカップラー用格子点12Cが配置される領域である。
(Control of beam divergence angle: resonator region RP and coupler region CP)
The resonator region RP, a region resonator grid point 12A is located in the standing wave forming photonic crystal layer 12, 12 1, and the coupler region CP, the photonic crystal layer 12 for the standing wave formed Alternatively, this is a region where the coupler lattice point 12C is arranged in the light emitting photonic crystal layer 12 2 .

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、カップラー領域CPの幅A、ビーム拡がり角度、およびビーム拡がり領域の関係は、模式的に図11(a)、図11(b)および図11(c)に示すように表される。すなわち、カップラー領域CP1の幅A1、ビーム拡がり角度θ1、およびビーム拡がり領域301の例は図11(a)に示すように表され、カップラー領域CP2の幅A2、ビーム拡がり角度θ2、およびビーム拡がり領域302の例は図11(b)に示すように表され、カップラー領域CP3の幅A3、ビーム拡がり角度θ3、およびビーム拡がり領域303の例は図11(c)に示すように表される。ここで、カップラー領域の幅の大小関係は、A1<A2<A3であり、カップラー領域CP1の大きさは相対的に小さく、カップラー領域CP3の大きさは相対的に大きい。また、ビーム拡がり領域301・302・303を規定するビーム拡がり角度の大小関係は、θ1>θ2>θ3が成立している。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the relationship among the width A of the coupler region CP, the beam divergence angle, and the beam divergence region is schematically shown in FIGS. ) And FIG. 11 (c). That is, the width A 1 of the coupler region CP 1, an example of beam spread angle theta 1, and the beam divergence region 30 1 is represented as shown in FIG. 11 (a), the width A 2 of the coupler region CP 2, the beam divergence angle examples of theta 2, and the beam divergence region 30 2 is expressed as shown in FIG. 11 (b), the width a 3 coupler region CP 3, an example of beam spread angle theta 3, and beam spread region 30 3 11 It is expressed as shown in (c). Here, the magnitude relation of the width of the coupler region is A 1 <A 2 <A 3 , the size of the coupler region CP 1 is relatively small, and the size of the coupler region CP 3 is relatively large. Further, the magnitude relation between the beam divergence angles that define the beam divergence areas 30 1 , 30 2, and 30 3 is such that θ 1 > θ 2 > θ 3 .

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、図11(a)・図11(b)・図11(c)に対応する共振器領域RPの大小関係は、図12(a)に示すように表され、ビーム拡がり角度の大小関係は、図12(b)に示すように表される。すなわち、共振器領域RPの大きさが大きい程、ビーム拡がり角度θ0は小さくなる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the magnitude relationship of the resonator region RP corresponding to FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. It is expressed as shown in a), and the magnitude relationship between the beam divergence angles is expressed as shown in FIG. That is, the larger the size of the resonator region RP, the smaller the beam divergence angle θ 0 .

比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPの大きさの関係を示す図であって、RP1の例は図13(a)に示すように表され、RP2の例は図13(b)に示すように表され、RP3の例は図13(c)に示すように表される。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, it is a diagram showing the relationship of the size of the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the Γ point oscillation, and an example of RP 1 is shown in FIG. 13 (a), an example of RP 2 is represented as shown in FIG. 13 (b), and an example of RP 3 is represented as shown in FIG. 13 (c).

一方、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPおよびカップラー領域CP大きさの関係を示す図であって、RP1、CP1の例は図14(a)に示すように表され、RP2、CP2の例は図14(b)に示すように表され、RP3、CP3の例は図14(c)に示すように表される。 On the other hand, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, a diagram showing the relationship between the size of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to M-point oscillation. An example of RP 1 and CP 1 is represented as shown in FIG. 14A, an example of RP 2 and CP 2 is represented as shown in FIG. 14B, and an example of RP 3 and CP 3 Is represented as shown in FIG.

2次元フォトニック結晶面発光レーザの発振には、ある一定以上の共振器の領域が必要である。そのため比較例に係るΓ点発振の場合、ビーム拡がり角度θを大きくしようとすると、発振に必要な共振器領域RPAが確保できない。すなわち、比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、Γ点発振を利用するため、共振器領域RPのサイズがそのままカップラー領域CPのサイズに等しいため、ビーム拡がり角度θを大きくしようとして、共振器領域RPのサイズを縮小化すると、図12(a)に示すように、共振器領域RPの大小関係において、RP<RPAの範囲では、発振に必要な共振器領域RPAが確保できないため、発振することができなくなる。 To oscillate a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, a resonator region of a certain level or more is required. For Γ point oscillation of the comparative example therefore, an attempt to increase the beam divergence angle theta, can not be ensured that the resonator region RP A required oscillation. That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, since the Γ point oscillation is used, the size of the resonator region RP is directly equal to the size of the coupler region CP. When the size of the resonator region RP is reduced, as shown in FIG. 12A, the resonator region RP A necessary for oscillation is secured in the range of RP <RP A in the size relationship of the resonator region RP. Because it is not possible to oscillate.

(カップラーと共振器の配置関係)
第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPおよびカップラー領域CP内における共振器用格子点12A・カップラー用格子点12Cの配置例は、図15に示すように表される。
(Positioning relationship between coupler and resonator)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, resonator lattice points 12A and couplers in the resonator region RP and coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation An example of the arrangement of the grid points 12C is expressed as shown in FIG.

また、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、光出射用フォトニック結晶層122にカップラー用格子点12Cを配置した例は、図16(a)に示すように表され、定在波形成用フォトニック結晶層121に共振器用格子点12Aを配置した例は、図16(b)に示すように表される。また、同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した例は、図16(c)に示すように表され、同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した別の例は、図16(d)に示すように表され、同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した更に別の例は、図16(e)に示すように表される。 Further, in the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to the first embodiment, an example of arranging the coupler lattice point 12C to the light-emitting photonic crystal layer 12 2, as shown in FIG. 16 (a) expressed, example in which the resonator grid point 12A on the standing wave forming photonic crystal layer 121 is expressed as shown in FIG. 16 (b). Further, an example in which the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C are arranged on the same photonic crystal layer 12 is represented as shown in FIG. Another example in which the point 12A and the coupler lattice point 12C are arranged is expressed as shown in FIG. 16D, and the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C are arranged in the same photonic crystal layer 12. Yet another example is represented as shown in FIG.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、カップラー用格子点12Cと共振器用格子点12Aの配置関係は、図16(c)〜図16(e)に示すように自由に設定可能である。なお、カップラー用格子点12Cと共振器用格子点12Aの配置関係によっては、LD特性(出力、閾値など)が変化する。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the positional relationship between the coupler lattice point 12C and the resonator lattice point 12A is free as shown in FIGS. 16 (c) to 16 (e). Can be set. The LD characteristics (output, threshold value, etc.) vary depending on the arrangement relationship between the coupler lattice point 12C and the resonator lattice point 12A.

(カップラー配置によるビーム形状制御)
第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPとカップラー領域CPの大きさがほぼ等しい場合のNFPは、図17(a)に示すように表され、カップラー領域CPからのビーム拡がり領域30は、図17(b)に示すように表され、図17(a)に対応する共振器領域RPおよびカップラー領域CP内の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置例は、図17(c)に示すように表される。
(Beam shape control by coupler arrangement)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the NFP in the case where the size of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the M-point oscillation is substantially equal. Is expressed as shown in FIG. 17 (a), and the beam expansion region 30 from the coupler region CP is expressed as shown in FIG. 17 (b), and the resonator region RP corresponding to FIG. 17 (a) and An arrangement example of the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C in the coupler region CP is expressed as shown in FIG.

また、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPとカップラー領域CPの大きさが異なる場合のNFPは、図18(a)に示すように表され、カップラー領域CPからのビーム拡がり領域30は、図18(b)に示すように表され、図18(a)に対応する共振器領域RPおよびカップラー領域CP内の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置例は、図18(c)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the size of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the M point oscillation is different. NFP is expressed as shown in FIG. 18A, and the beam expansion region 30 from the coupler region CP is expressed as shown in FIG. 18B, and the resonator region RP corresponding to FIG. 18A. An example of the arrangement of the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C in the coupler region CP is expressed as shown in FIG.

すなわち、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、共振器とカップラーを別々に設計が可能であり、カップラーの配列のみを変更することで、安定な発振を維持しつつ、面発光レーザ光のビーム形状を様々に変更可能である。   That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the resonator and the coupler can be designed separately, and stable oscillation can be maintained by changing only the coupler arrangement. However, the beam shape of the surface emitting laser light can be variously changed.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、共振器用格子点12Aの配置される共振器領域RPの大きさを維持したまま、カップラー用格子点12Cの配置されるカップラー領域CPを変化させることにより、安定した発振を維持しつつレーザビームの発光面の大きさおよび形状を調整することができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the coupler in which the coupler lattice point 12C is disposed while maintaining the size of the resonator region RP in which the resonator lattice point 12A is disposed. By changing the region CP, the size and shape of the light emitting surface of the laser beam can be adjusted while maintaining stable oscillation.

(その他様々なビームの生成の例)
第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RP内に相対的に大きな円形のカップラー領域CPを有する場合のNFPは、図19(a)に示すように表され、図19(a)に対応するFFPは、図19(b)に示すように表される。
(Other examples of beam generation)
The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment has a relatively large circular coupler region CP in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation. The NFP in this case is expressed as shown in FIG. 19A, and the FFP corresponding to FIG. 19A is expressed as shown in FIG. 19B.

また、共振器領域RP内に相対的に小さな円形のカップラー領域CPを有する場合のNFPは、図20(a)に示すように表され、図20(a)に対応するFFPは、図20(b)に示すように表される。   Further, the NFP in the case where the resonator region RP has a relatively small circular coupler region CP is represented as shown in FIG. 20A, and the FFP corresponding to FIG. 20A is shown in FIG. It is expressed as shown in b).

また、共振器領域RP内に相対的に微小な円形のカップラー領域CPを有する場合のNFPは、図21(a)に示すように表され、図21(a)に対応するFFPは、図21(b)に示すように表される。   Further, NFP in the case of having a relatively small circular coupler region CP in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. 21A, and the FFP corresponding to FIG. 21A is shown in FIG. It is expressed as shown in (b).

また、共振器領域RP内に相対的に大きな長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFPは、図22(a)に示すように表され、図22(a)に対応するFFPは、図22(b)に示すように表される。   Further, NFP in the case of having a relatively large oval coupler region CP in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. 22A, and the FFP corresponding to FIG. 22A is shown in FIG. It is expressed as shown in (b).

また、共振器領域RP内に相対的に小さな円形のカップラー領域CPを複数配置した場合のNFPは、図23(a)に示すように表され、図23(a)に対応するFFPは、図23(b)に示すように表される。   Further, the NFP when a plurality of relatively small circular coupler regions CP are arranged in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. 23A, and the FFP corresponding to FIG. 23 (b).

また、共振器領域RP内に互いに直交する2個の長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFPは、図24(a)に示すように表され、図24(a)に対応するFFPは、図24(b)に示すように表される。   Further, the NFP in the case of having two oval coupler regions CP orthogonal to each other in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. 24A, and the FFP corresponding to FIG. It is expressed as shown in FIG.

また、共振器領域RP内に互いに60度で交差する3個の長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFPは、図25(a)に示すように表され、図25(a)に対応するFFPは、図25(b)に示すように表される。   Further, the NFP in the case of having three oval coupler regions CP intersecting each other at 60 degrees in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. 25A and corresponds to FIG. FFP is expressed as shown in FIG.

また、共振器領域RP内に互いに120度で交差する2個の長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFPは、図26(a)に示すように表され、図26(a)に対応するFFPは、図26(b)に示すように表される。   Further, the NFP in the case of having two oval coupler regions CP intersecting each other at 120 degrees in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. 26A and corresponds to FIG. FFP is expressed as shown in FIG.

また、共振器領域RP内に互いに72度で交差する5個の長円形のカップラー領域CPを有する場合のNFPは、図27(a)に示すように表され、図27(a)に対応するFFPは、図27(b)に示すように表される。   Further, NFP in the case of having five oval coupler regions CP intersecting each other at 72 degrees in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. 27A and corresponds to FIG. FFP is expressed as shown in FIG.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、図19〜図27に示すように、フォトニックバンド構造におけるM点バンド端における発振において、発振領域の大きさを維持したまま、カップラー領域CPの大きさを相対的に変化させることにより、レーザビームの発光面の大きさや形状を調整可能である。NFPのサイズ例としては、数10μm角、数100μm角、1mm角とさまざまなサイズの形成可能であり、対応するFFPについても同様である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, as shown in FIGS. 19 to 27, the size of the oscillation region is maintained in oscillation at the M-point band edge in the photonic band structure. The size and shape of the light emitting surface of the laser beam can be adjusted by relatively changing the size of the coupler region CP. As examples of the size of the NFP, various sizes such as several tens of μm square, several hundreds of μm square, and 1 mm square can be formed, and the same applies to the corresponding FFP.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、レーザビームの発光面の大きさや形状により、レーザビームのビーム拡がり角度θや形状が決定されるため、レーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能となる。光増幅のための周期構造を維持してさえいれば、このカップラー領域CPの大きさや形状を変化させても発振は可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the beam divergence angle θ and the shape of the laser beam are determined by the size and shape of the light emitting surface of the laser beam. The angle and shape can be controlled. As long as the periodic structure for optical amplification is maintained, oscillation is possible even if the size and shape of the coupler region CP are changed.

レーザビームのビーム拡がり角度θや形状は、発光面の大きさや形状によって決定されるため、例えば、レーザビームのビーム拡がり角度θを大きくしたい場合には、光増幅の共振器領域RPの大きさはそのままで、カップラー領域CPの大きさを相対的に小さくすれば良い。また、レーザビームの形状を長方形にしたい場合には、カップラー領域CPも長方形にすれば良い。   Since the beam divergence angle θ and shape of the laser beam are determined by the size and shape of the light emitting surface, for example, when it is desired to increase the beam divergence angle θ of the laser beam, the size of the resonator region RP for optical amplification is The coupler region CP may be made relatively small as it is. Further, when the laser beam shape is desired to be rectangular, the coupler region CP may be rectangular.

特に、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、レーザビームのビーム拡がり角度θおよび形状の制御が可能であることから、図19〜図27に示すような各種形状は、レンズフリーのマーカーなどに利用することができる。   In particular, since the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment can control the beam divergence angle θ and the shape of the laser beam, various shapes as shown in FIGS. It can be used for lens-free markers.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザを用いることにより、レーザビームの拡がり角度や形状を変化させることが可能となるため、アプリケーションの幅を広げることができる。例えば、レーザビームプリンタ用光源、距離センサ用光源、オートフォーカス用光源、次世代光ディスクのピックアップ用光源、レーザポインタ、レーザスキャンディスプレイ、バーコードスキャナ、携帯機器内蔵スキャンディスプレイ、カプセル内蔵レーザメス、その他DVD、BD、チップ間通信機器など幅広い応用分野に適用可能である。   By using the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, it is possible to change the divergence angle and shape of the laser beam, and thus the range of applications can be expanded. For example, laser beam printer light source, distance sensor light source, autofocus light source, next generation optical disk pickup light source, laser pointer, laser scan display, barcode scanner, portable device built-in scan display, capsule built-in laser knife, other DVD, It is applicable to a wide range of application fields such as BD and inter-chip communication equipment.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、M点発振に必要な共振器の共振器領域RPのサイズはそのままで、カップラー領域CPのサイズを相対的に小さくすることによりビーム拡がり角度θを大きくすることができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the size of the resonator region RP of the resonator necessary for M-point oscillation is kept as it is, and the size of the coupler region CP is relatively small. As a result, the beam divergence angle θ can be increased.

第1の実施の形態によれば、カップラー配置によるレーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the first embodiment, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape of the laser beam by the coupler arrangement.

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニックバンド構造のX点のバンド端における発振を用いる。これらの発振では、フォトニック結晶の周期構造は、発振のための光増幅の機能しか持っていないが、この周期構造と同一面内に、光を回折させるための周期構造(カップラー)を設けることにより、光を取り出すことができる。
[Second Embodiment]
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second embodiment, oscillation at the band end of the X point of the photonic band structure is used. In these oscillations, the periodic structure of the photonic crystal has only an optical amplification function for oscillation, but a periodic structure (coupler) for diffracting light is provided in the same plane as this periodic structure. Thus, light can be extracted.

第2の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの模式的平面構成は、図28(a)に示すように、正方格子に配置される。また、図28(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数c/aと波数ベクトルの関係は、図28(b)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second embodiment, the schematic plan configuration of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation is as follows. As shown in FIG. 28A, they are arranged in a square lattice. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 28A, and the relationship between the normalized frequency c / a and the wave vector is expressed as shown in FIG.

第2の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、正方格子(X点発振)の実施例に対応しており、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図28(b)のR領域近傍)における発振を利用している。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second embodiment corresponds to the example of the square lattice (X-point oscillation), and the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 Oscillation at the X point band end (near the R region in FIG. 28B) is used.

第2の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図28(a)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second embodiment includes a standing wave forming photonic crystal layer 12 and a standing wave forming photonic crystal layer 12 as shown in FIG. The lattice point 12 </ b> A for a resonator that is disposed within the surface and diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 within the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12. And a lattice point 12C for a coupler that diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 in the direction perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12. Prepare.

第2の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aは、図28(a)に示すように、第1正方格子に配置され、カップラー用格子点12Cは、第1正方格子の格子定数の2倍の格子定数を有する第2正方格子に配置され、かつカップラー用格子点12Cの格子定数は、フォトニック結晶層の媒質内波長λに等しい。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second embodiment, the resonator lattice point 12A is arranged in the first square lattice as shown in FIG. 28A, and the coupler lattice point 12C is The lattice constant of the coupler lattice point 12C is equal to the in-medium wavelength λ of the photonic crystal layer, which is arranged in a second square lattice having a lattice constant that is twice the lattice constant of the first square lattice.

その他の構成は、第1の実施の形態およびその変形例1〜4と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment and the first to fourth modifications thereof.

第2の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、X点発振に必要な共振器の共振器領域RPのサイズはそのままで、カップラー領域CPのサイズを相対的に小さくすることによりビーム拡がり角度θを大きくすることができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second embodiment, the size of the resonator region RP of the resonator necessary for the X-point oscillation is kept as it is, and the size of the coupler region CP is made relatively small. As a result, the beam divergence angle θ can be increased.

第2の実施の形態によれば、安定した発振を維持しつつ、カップラー配置によるレーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the second embodiment, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape of the laser beam by the coupler arrangement while maintaining stable oscillation.

[第3の実施の形態]
第3の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニックバンド構造のX点のバンド端における発振を用いる。これらの発振では、フォトニック結晶の周期構造は、発振のための光増幅の機能しか持っていないが、この周期構造と同一面内に、光を回折させるための周期構造(カップラー)を設けることにより、光を取り出すことができる。
[Third Embodiment]
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third embodiment, oscillation at the band end of the X point of the photonic band structure is used. In these oscillations, the periodic structure of the photonic crystal has only an optical amplification function for oscillation, but a periodic structure (coupler) for diffracting light is provided in the same plane as this periodic structure. Thus, light can be extracted.

第3の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの模式的平面構成は、図29(a)に示すように、三角格子に配置される。また、図29(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数c/aと波数ベクトルの関係は、図29(b)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third embodiment, the schematic plan configuration of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation is as follows. As shown in FIG. 29A, they are arranged in a triangular lattice. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 29A, and the relationship between the normalized frequency c / a and the wave vector is expressed as shown in FIG.

第3の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、三角格子(X点発振)の実施例に対応しており、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図29(b)のR領域近傍)における発振を利用している。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third embodiment corresponds to the example of the triangular lattice (X-point oscillation), and the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 Oscillation at the X point band edge (near the R region in FIG. 29B) is used.

第3の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図29(a)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。   As shown in FIG. 29A, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third embodiment includes a standing wave forming photonic crystal layer 12 and a standing wave forming photonic crystal layer 12. The lattice point 12 </ b> A for a resonator that is disposed within the surface and diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 within the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12. And a lattice point 12C for a coupler that diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 in the direction perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12. Prepare.

第3の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aは、図29(a)に示すように、第1三角格子に配置され、カップラー用格子点12Cは、第1三角格子のピッチの2倍のピッチの第2三角格子に配置され、かつ第2三角格子の平面視の高さは、フォトニック結晶層12の媒質内波長λに等しい。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third embodiment, as shown in FIG. 29A, the resonator lattice point 12A is arranged in the first triangular lattice, and the coupler lattice point 12C is The height in plan view of the second triangular lattice is equal to the in-medium wavelength λ of the photonic crystal layer 12, which is disposed in the second triangular lattice having a pitch twice the pitch of the first triangular lattice.

その他の構成は、第1の実施の形態およびその変形例1〜4と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment and the first to fourth modifications thereof.

第3の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、X点発振に必要な共振器の共振器領域RPのサイズはそのままで、カップラー領域CPのサイズを相対的に小さくすることによりビーム拡がり角度θを大きくすることができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third embodiment, the size of the resonator region RP of the resonator necessary for the X-point oscillation is kept as it is, and the size of the coupler region CP is made relatively small. As a result, the beam divergence angle θ can be increased.

第3の実施の形態によれば、安定した発振を維持しつつ、カップラー配置によるレーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the third embodiment, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape of the laser beam by the coupler arrangement while maintaining stable oscillation.

[第4の実施の形態]
第4の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニックバンド構造のJ点のバンド端における発振を用いる。これらの発振では、フォトニック結晶の周期構造は、発振のための光増幅の機能しか持っていないが、この周期構造と同一面内に、光を回折させるための周期構造(カップラー)を設けることにより、光を取り出すことができる。
[Fourth embodiment]
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth embodiment, oscillation at the band edge of point J of the photonic band structure is used. In these oscillations, the periodic structure of the photonic crystal has only an optical amplification function for oscillation, but a periodic structure (coupler) for diffracting light is provided in the same plane as this periodic structure. Thus, light can be extracted.

第4の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、J点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの模式的平面構成は、図30(a)に示すように、三角格子に配置される。また、図30(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数c/aと波数ベクトルの関係は、図30(b)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth embodiment, the schematic plane configuration of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the J-point oscillation is as follows. As shown in FIG. 30A, they are arranged in a triangular lattice. Further, the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 30A, and the relationship between the normalized frequency c / a and the wave vector is expressed as shown in FIG.

第4の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、三角格子(J点発振)の実施例に対応しており、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるJ点バンド端(図30(b)のS領域近傍)における発振を利用している。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth embodiment corresponds to an example of a triangular lattice (J point oscillation), and the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 Oscillation at the band edge of J point (near the S region in FIG. 30B) is used.

第4の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図30(a)および図30(b)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるJ点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるJ点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。   As shown in FIGS. 30A and 30B, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth embodiment includes a standing wave forming photonic crystal layer 12 and a standing wave formation. The light wave at the J-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is diffracted in the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12. Coupler that diffracts the light wave at the J-point band edge in the photonic band structure of the resonator wave point 12A and the standing wave forming photonic crystal layer 12 in the direction perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 Grid point 12C.

第4の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aは、図30(a)に示すように、第1三角格子に配置され、カップラー用格子点12Cは、第1三角格子のピッチの3倍のピッチの面心三角格子に配置され、かつ面心三角格子の一辺は、フォトニック結晶層12の媒質内波長λの2倍に等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 30A, the resonator lattice point 12A is arranged in the first triangular lattice, and the coupler lattice point 12C is It is arranged in a face-centered triangular lattice having a pitch three times that of the first triangular lattice, and one side of the face-centered triangular lattice is equal to twice the in-medium wavelength λ of the photonic crystal layer 12.

その他の構成は、第1の実施の形態およびその変形例1〜4と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment and the first to fourth modifications thereof.

第4の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、J点発振に必要な共振器の共振器領域RPのサイズはそのままで、カップラー領域CPのサイズを相対的に小さくすることによりビーム拡がり角度θを大きくすることができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth embodiment, the size of the resonator region RP of the resonator necessary for J-point oscillation is kept as it is, and the size of the coupler region CP is relatively small. As a result, the beam divergence angle θ can be increased.

第4の実施の形態によれば、安定した発振を維持しつつ、カップラー配置によるレーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the fourth embodiment, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape of the laser beam by the coupler arrangement while maintaining stable oscillation.

[第5の実施の形態]
第5の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点およびカップラー用格子点の模式的平面構成は、図31(a)に示すように、長方格子に配置される。また、図31(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数c/aと波数ベクトルの関係は、図31(b)に示すよう表される。
[Fifth embodiment]
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth embodiment, the schematic plan configuration of the resonator lattice points and coupler lattice points of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X-point oscillation is shown in FIG. As shown to (a), it arrange | positions at a rectangular lattice. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 31A, and the relationship between the normalized frequency c / a and the wave vector is expressed as shown in FIG.

第5の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、長方格子(X点発振)の実施例に対応しており、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図31(b)のR領域近傍)における発振を利用している。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth embodiment corresponds to the example of the rectangular lattice (X-point oscillation), and the photonic band of the standing wave forming photonic crystal layer 12 Oscillation at the X-point band edge (near the R region in FIG. 31B) in the structure is used.

第5の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図31(a)および図31(b)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。   As shown in FIGS. 31A and 31B, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth embodiment includes a standing wave forming photonic crystal layer 12 and a standing wave formation. The light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is diffracted in the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12. Coupler for diffracting the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the resonator wave point 12A and the standing wave forming photonic crystal layer 12 in the direction perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 Grid point 12C.

第5の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aは、図31(a)に示すように、格子定数a1およびa2を有する第1の長方格子に配置され、カップラー用格子点12Cは、第1の長方格子とは別の第2の長方格子に配置される。ここで、第2の長方格子の格子定数は、第1の長方格子の格子定数a1およびa2により定義されるアスペクト比r=a1/a2(r≠1)に対して、媒質内波長λのr倍および媒質内波長λに等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth embodiment, as shown in FIG. 31A, the resonator lattice point 12A is a first rectangular lattice having lattice constants a 1 and a 2. The coupler lattice point 12C is disposed in a second rectangular lattice different from the first rectangular lattice. Here, the lattice constant of the second rectangular lattice is equal to the aspect ratio r = a 1 / a 2 (r ≠ 1) defined by the lattice constants a 1 and a 2 of the first rectangular lattice. It is equal to r times the medium wavelength λ and the medium wavelength λ.

その他の構成は、第1の実施の形態およびその変形例1〜4と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment and the first to fourth modifications thereof.

第5の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、X点発振に必要な共振器の共振器領域RPのサイズはそのままで、カップラー領域CPのサイズを相対的に小さくすることによりビーム拡がり角度θ0を大きくすることができる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth embodiment, the size of the resonator region RP of the resonator necessary for the X-point oscillation is kept as it is, and the size of the coupler region CP is relatively small. Thus, the beam divergence angle θ 0 can be increased.

第5の実施の形態によれば、安定した発振を維持しつつ、カップラー配置によるレーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the fifth embodiment, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape of the laser beam by the coupler arrangement while maintaining stable oscillation.

[第6の実施の形態]
第6の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの模式的平面構成は、図32(a)に示すように、菱形格子に配置される。また、図32(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数c/aと波数ベクトルの関係は、図32(b)に示すように表される。
[Sixth embodiment]
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth embodiment, the schematic plan configuration of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation is as follows. As shown in FIG. 32A, they are arranged in a rhombus lattice. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 32A, and the relationship between the normalized frequency c / a and the wave vector is expressed as shown in FIG.

第6の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、菱形格子(X点発振)の実施例に対応しており、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図32(b)のR領域近傍)における発振を利用している。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth embodiment corresponds to an example of a rhombic lattice (X-point oscillation), and the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 Oscillation at the X point band edge (near the R region in FIG. 32B) is used.

第6の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図32(a)および図32(b)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。   As shown in FIGS. 32A and 32B, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth embodiment includes a standing wave forming photonic crystal layer 12 and a standing wave formation. The light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is diffracted in the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12. Coupler for diffracting the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the resonator wave point 12A and the standing wave forming photonic crystal layer 12 in the direction perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 Grid point 12C.

第6の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aは、図32(a)に示すように、格子定数a1およびa2を有する面心長方格子に配置され、カップラー用格子点12Cは、長方格子に配置される。ここで、長方格子の格子定数は、面心長方格子の格子定数a1およびa2により定義されるアスペクト比r=a1/a2(r≠1)に対して、媒質内波長λのr倍および媒質内波長λに等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth embodiment, the resonator lattice point 12A is a face-centered rectangular lattice having lattice constants a 1 and a 2 as shown in FIG. The grid points 12C for couplers are arranged in a rectangular grid. Here, the lattice constant of the rectangular lattice is the in-medium wavelength λ with respect to the aspect ratio r = a 1 / a 2 (r ≠ 1) defined by the lattice constants a 1 and a 2 of the face-centered rectangular lattice. Is equal to r times and the in-medium wavelength λ.

その他の構成は、第1の実施の形態およびその変形例1〜4と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment and the first to fourth modifications thereof.

第6の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、X点発振に必要な共振器の共振器領域RPのサイズはそのままで、カップラー領域CPのサイズを相対的に小さくすることによりビーム拡がり角度θ0を大きくすることができる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth embodiment, the size of the resonator region RP of the resonator necessary for the X-point oscillation is kept as it is, and the size of the coupler region CP is made relatively small. Thus, the beam divergence angle θ 0 can be increased.

第6の実施の形態によれば、安定した発振を維持しつつ、ビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the sixth embodiment, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape while maintaining stable oscillation.

(共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcの関係)
共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcが異なる場合の配置例であって、Dc<=Drで同一点に配置された例は、図33(a)に示すように表され、Dc>Drで同一点に配置された例は、図33(b)に示すように表される。
(Relationship between the diameter D c of the diameter D r and couplers lattice point 12C of the resonator grid points 12A)
FIG. 33A shows an arrangement example in which the diameter D r of the resonator lattice point 12A and the diameter D c of the coupler lattice point 12C are different and arranged at the same point with D c ≦ D r . The example shown in FIG. 33 and arranged at the same point with D c > D r is expressed as shown in FIG.

共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcの関係はどのような場合でも発振は可能である。ただし、図33(a)に示すように、Dc<=Drの場合でカップラー用格子点12Cの孔と共振器用格子点12Aの孔が完全に重なる場合は、レーザ内部で共振は起こっているが光を取り出せないためにレーザダイオードとして機能しない。 Oscillation even when the relationship between a diameter D c of the diameter D r and couplers lattice point 12C of the resonator grid points 12A is what is possible. However, as shown in FIG. 33A, when D c ≦ D r and the hole of the coupler lattice point 12C and the hole of the resonator lattice point 12A completely overlap, resonance occurs inside the laser. However, it cannot function as a laser diode because light cannot be extracted.

また、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、図33(b)に示すように、円形形状を備え、カップラー用格子点12Cの直径Dcは、共振器用格子点12Aの直径Drよりも大きく形成されていても良い。 Further, as shown in FIG. 33B, the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C have a circular shape, and the diameter D c of the coupler lattice point 12C is the diameter D r of the resonator lattice point 12A. It may be formed larger than.

一方、カップラー用格子点12Cと共振器用格子点12Aを、それぞれ別の2次元フォトニック結晶層に形成する場合は上記制限はない。   On the other hand, when the coupler lattice point 12C and the resonator lattice point 12A are formed in different two-dimensional photonic crystal layers, there is no limitation.

第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは任意の形状を備え、カップラー用格子点12Cは、共振器用格子点12Aよりも大きく形成されていても良い。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment, the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C have arbitrary shapes, and the coupler lattice point 12C is more than the resonator lattice point 12A. It may be formed large.

図33(a)および図33(b)は、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の例であって、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに対応しているが、共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcの関係は、他の第2〜第6の実施の形態においても同様の関係が成立する。 FIG. 33A and FIG. 33B are examples of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation, and the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment is used. Although correspondingly relation diameter D c of the diameter D r and couplers lattice point 12C of the resonator grid points 12A, a similar relationship holds also in the second to sixth embodiment of the others.

(格子点(孔)の形状)
共振器用格子点12Aの形状とカップラー用格子点12Cの形状が異なる場合の配置例であって、共振器用格子点12Aの形状が円形、カップラー用格子点12Cが三角形の例は、図34(a)に示すように表され、共振器用格子点12Aの形状が菱形、カップラー用格子点12Cが楕円形の例は、図34(b)に示すように表される。
(Shape of grid points (holes))
FIG. 34A shows an arrangement example in which the shape of the resonator lattice point 12A is different from the shape of the coupler lattice point 12C, where the resonator lattice point 12A has a circular shape and the coupler lattice point 12C has a triangular shape. 34), an example in which the resonator lattice point 12A has a rhombus shape and the coupler lattice point 12C has an oval shape is represented as shown in FIG.

共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、多角形、円形、楕円形若しくは長円形のいずれかの形状を備えていても良い。ここで、多角形には、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形などが含まれる。   The resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C may have a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or an oval shape. Here, the polygon includes a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, an octagon, and the like.

また、以下のようにカップラー用格子点12Cと共振器用格子点12Aで格子点の形状は異なっていても良い。また、格子点の形状の向きが傾いていても良い。格子点の形状の向きが傾いている場合には、レーザビームが、例えば、ビーム形状が変化するなど、レーザ特性に影響を与える。   Further, the shape of the lattice point may be different between the coupler lattice point 12C and the resonator lattice point 12A as described below. Moreover, the direction of the shape of the lattice points may be inclined. When the direction of the shape of the lattice point is inclined, the laser beam affects the laser characteristics, for example, the beam shape changes.

図34(a)および図34(b)は、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の例であって、第1の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに対応しているが、共振器用格子点12Aとカップラー用格子点12Cの(孔)の形状の関係は、他の第2〜第6の実施の形態においても同様の関係が成立する。   34 (a) and 34 (b) are examples of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation, and the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first embodiment is used. Correspondingly, the relationship of the shape of the (hole) between the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C is the same in the other second to sixth embodiments.

以上説明したように、本発明によれば、カップラー配置によるレーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle and shape of the laser beam by the coupler arrangement.

[第7の実施の形態]
(素子構造)
第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的鳥瞰構造は、図35に示すように表される。
[Seventh embodiment]
(Element structure)
A schematic bird's-eye view structure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment is expressed as shown in FIG.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図35に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるΓ点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させると共に面垂直方向に回折させる長方格子の共振器用格子点12Aを備える。ここで、長方格子の格子定数をa1およびa2とすると、長方格子の一辺a1が媒質内波長に等しい。 As shown in FIG. 35, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment is disposed in the standing wave forming photonic crystal layer 12 and the standing wave forming photonic crystal layer 12. The optical wave at the Γ-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is diffracted in the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 and diffracted in the direction perpendicular to the plane. A lattice point 12A for resonators of a rectangular lattice is provided. Here, if the lattice constants of the rectangular lattice are a 1 and a 2 , one side a 1 of the rectangular lattice is equal to the wavelength in the medium.

また、格子定数a1およびa2により定義されるアスペクト比r=a1/a2は、0.5<r<1.5(r≠1)に設定されていても良い。 Further, the aspect ratio r = a 1 / a 2 defined by the lattice constants a 1 and a 2 may be set to 0.5 <r <1.5 (r ≠ 1).

また、第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図35に示すように、基板24と、基板24上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備える。ここで、第1クラッド層10はp型半導体層、第2クラッド層16はn型半導体層で形成されていても良く、あるいは導電性を反対にしても良い。   In addition, as shown in FIG. 35, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment includes a substrate 24, a first cladding layer 10 disposed on the substrate 24, and a first cladding layer 10. A second clad layer 16 disposed above, and an active layer 14 sandwiched between the first clad layer 10 and the second clad layer 16 are provided. Here, the first cladding layer 10 may be a p-type semiconductor layer, and the second cladding layer 16 may be an n-type semiconductor layer, or the conductivity may be reversed.

更に、第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図35に示すように、第2クラッド層16上に配置されたコンタクト層18と、コンタクト層18上の面発光領域に配置され、レーザ光を取り出すためのウィンドウ層20と、ウィンドウ層20上に配置された窓状の上部電極22と、基板24の裏面に配置された下部電極26とを備える。   Furthermore, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment includes a contact layer 18 disposed on the second cladding layer 16 and a surface emitting region on the contact layer 18 as shown in FIG. And a window layer 20 for extracting laser light, a window-shaped upper electrode 22 disposed on the window layer 20, and a lower electrode 26 disposed on the back surface of the substrate 24.

定在波形成用フォトニック結晶層12は、図35に示すように、第1クラッド層10と第2クラッド層16との間に、活性層14の面垂直方向に活性層14に隣接して配置されていても良い。ここで、活性層14は、例えば、多重量子井戸(MQW)層で形成されていても良い。   As shown in FIG. 35, the standing wave forming photonic crystal layer 12 is adjacent to the active layer 14 in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14 between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16. It may be arranged. Here, the active layer 14 may be formed of, for example, a multiple quantum well (MQW) layer.

更に、活性層14と定在波形成用フォトニック結晶層12との間には、図35に示すように、キャリアブロック層13を備え、MQW層からなる活性層14内にキャリアを有効に取り込みかつ活性層14から定在波形成用フォトニック結晶層12へのキャリアの流入をブロックしても良い。   Further, as shown in FIG. 35, a carrier block layer 13 is provided between the active layer 14 and the standing wave forming photonic crystal layer 12, and carriers are effectively taken into the active layer 14 composed of the MQW layer. In addition, the inflow of carriers from the active layer 14 to the standing wave forming photonic crystal layer 12 may be blocked.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの材料系としては、例えば、以下のものを適用可能である。すなわち、例えば、波長1.3μm〜1.5μmでは、GaInAsP/InP系、波長900nmの赤外光では、InGaAs/GaAs系、波長800nm〜900の赤外光/近赤外光では、GaAlAs/GaAs系若しくはGaInNAs/GaAs系、波長1.3μm〜1.67μmでは、GaAlInAs/InP系、波長0.65μmでは、AlGaInP/GaAs系、青色光では、GaInN/GaN系などを適用可能である。 As a material system of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, for example, the following can be applied. That is, for example, at a wavelength of 1.3 μm to 1.5 μm, a GaInAsP / InP system, an infrared light with a wavelength of 900 nm is an InGaAs / GaAs system, and an infrared light / near infrared light with a wavelength of 800 nm to 900 is GaAlAs / GaAs. GaAlInAs / GaAs system, GaAlInAs / InP system for wavelengths of 1.3 μm to 1.67 μm, AlGaInP / GaAs system for wavelengths of 0.65 μm, GaInN / GaN system for blue light, etc. are applicable.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザから出射される縦長ビーム構造のファーフィールドパターン(FFP)例は、図36に示すように表される。   An example of a far field pattern (FFP) having a vertically long beam structure emitted from the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment is expressed as shown in FIG.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、ラインビーム出射するビーム拡がり角度θ0を制御可能なフォトニック結晶の格子構造として、一辺が媒質内波長に等しい長方格子(a1=λ)を導入した。長方格子を導入することにより、2次元的な発振を維持したまま、ビーム拡がり角度θ0を大きくすることが可能となった。ビーム拡がり角度θ0を制御できれば、アプリケーションの範囲が広がり、ビームスキャニングレーザとしての価値の向上につながる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, a rectangular lattice having one side equal to the wavelength in the medium is used as the lattice structure of the photonic crystal capable of controlling the beam divergence angle θ 0 emitted from the line beam. (A 1 = λ) was introduced. By introducing a rectangular lattice, the beam divergence angle θ 0 can be increased while maintaining a two-dimensional oscillation. If the beam divergence angle θ 0 can be controlled, the range of applications will be expanded and the value as a beam scanning laser will be improved.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに適用される2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数(単位:c/a)と波数の関係は、図2と同様に表される。   FIG. 2 shows the band structure of a two-dimensional photonic crystal applied to the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, and the relationship between the normalized frequency (unit: c / a) and the wave number is shown in FIG. It is expressed in the same way.

フォトニックバンド構造において、傾きが0となる部分をバンド端と呼ぶ。バンド端においては、光の群速度が0となり、定在波が形成されるため、フォトニック結晶が光の共振器として機能する。   In the photonic band structure, a portion where the inclination is 0 is called a band edge. At the band edge, the group velocity of light becomes 0 and a standing wave is formed, so that the photonic crystal functions as a light resonator.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるΓ点バンド端(図2のP領域近傍)における発振を利用している。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, oscillation at the Γ point band end (near the P region in FIG. 2) in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is performed. We are using.

定在波形成用フォトニック結晶層12において、Γ点バンド端発振では、共振器用格子点12Aは、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内での回折に適用されると共に面垂直方向への回折に適用される。   In the standing wave forming photonic crystal layer 12, in the Γ-point band edge oscillation, the resonator lattice point 12A is applied to the in-plane diffraction of the standing wave forming photonic crystal layer 12 and is in the direction perpendicular to the plane. Applies to diffraction into

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12のΓ点発振における面内共振モードの模式的説明図は、図37(a)に示すように表される。図37(a)には、2次元フォトニック結晶層12内の共振器用格子点12Aをキャビティーとする多重化された面内共振モードによって、2次元の大面積共振器が形成される様子が示されている。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, a schematic explanatory diagram of the in-plane resonance mode in the Γ-point oscillation of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is as shown in FIG. expressed. FIG. 37A shows a state in which a two-dimensional large-area resonator is formed by the multiplexed in-plane resonance mode in which the resonator lattice point 12A in the two-dimensional photonic crystal layer 12 is a cavity. It is shown.

Γ点バンド端(図3のP領域近傍)を用いる発振バンド端では、定在波形成用フォトニック結晶層12において、共振器用格子点12Aは共振器とカップラーの両方の機能を有するため、図37(a)の構成のまま、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向へ面発光レーザ光hνLを取り出すことができる。 At the oscillation band edge using the Γ point band edge (near the P region in FIG. 3), in the standing wave forming photonic crystal layer 12, the resonator lattice point 12A functions as both a resonator and a coupler. The surface emitting laser light hν L can be extracted in the direction perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 with the configuration of 37 (a).

しかも、第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、大面積で安定な単一モードで動作可能である。すなわち、第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、定在波形成用フォトニック結晶層12に形成された共振器用格子点12Aからなる2次元周期構造によって電磁界分布が規定されているため、大面積でも単一モードを維持可能である。このため、例えば、W級の出力光をレンズを介して小さい1点に集光するなどの加工が容易である。   Moreover, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment can operate in a large area and a stable single mode. That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, the electromagnetic field distribution is obtained by the two-dimensional periodic structure including the resonator lattice points 12A formed in the standing wave forming photonic crystal layer 12. Therefore, it is possible to maintain a single mode even in a large area. For this reason, for example, processing such as focusing W-class output light on a small point via a lens is easy.

例えば、図35において、定在波形成用フォトニック結晶層12のサイズは、例えば、約700μm×約700μmである。   For example, in FIG. 35, the size of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is, for example, about 700 μm × about 700 μm.

出射される面発光レーザ光hνLと共振器内レーザ光hνRは、図37(b)に示すように表される。フォトニック結晶層12面内の共振器内レーザ光hνRの複数の波が結合して共振し、面発光レーザ光hνLが、フォトニック結晶層12に対して垂直方向に出射される。 The emitted surface emitting laser beam hν L and the intracavity laser beam hν R are expressed as shown in FIG. A plurality of waves of the intracavity laser light hν R in the surface of the photonic crystal layer 12 are coupled and resonated, and the surface emitting laser light hν L is emitted in a direction perpendicular to the photonic crystal layer 12.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aは、図38に示すように、格子定数をa1およびa2とする長方格子に配置される。ここで、長方格子の一辺a1が媒質内波長λに等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, the resonator lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the Γ-point oscillation has a lattice constant as shown in FIG. Arranged in a rectangular lattice designated as a 1 and a 2 . Here, one side a 1 of the rectangular lattice is equal to the in-medium wavelength λ.

また、図38のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図39(a)に示すように表され、図38のV−V線に沿う模式的断面構造は、図39(b)に示すように表される。   Further, a schematic cross-sectional structure taken along line IV-IV in FIG. 38 is represented as shown in FIG. 39A, and a schematic cross-sectional structure taken along line V-V in FIG. 38 is shown in FIG. Represented as shown.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aは、図39(a)および図39(b)に示すように空孔として形成可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, the resonator lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the Γ-point oscillation is shown in FIGS. 39 (a) and 39 (b). ) As shown in FIG.

また、試作されている共振器用格子点12Aの直径・深さは、例えば、約120nm・115nm程度であり、ピッチは、例えば、約280nm程度である。尚、これらの数値例は、基板10および活性層14を構成する材料系、2次元フォトニック結晶層12の材料系および媒質内波長などによって適宜変更可能である。   In addition, the diameter and depth of the resonator lattice point 12A that has been prototyped are, for example, about 120 nm and 115 nm, and the pitch is, for example, about 280 nm. These numerical examples can be appropriately changed depending on the material system constituting the substrate 10 and the active layer 14, the material system of the two-dimensional photonic crystal layer 12, the wavelength in the medium, and the like.

例えば、GaAs/AlGaAs系材料を適用した第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、2次元フォトニック結晶層12の媒質内波長λとしては、約200nm〜約300nm程度であり、出力光波長は、約900nm〜約915nm程度である。   For example, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment to which a GaAs / AlGaAs-based material is applied, the in-medium wavelength λ of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is about 200 nm to about 300 nm. The output light wavelength is about 900 nm to about 915 nm.

尚、共振器用格子点12Aは、例えば、空気孔として形成する代わりに、屈折率の異なる半導体層で充填しても良い。例えば、GaAs層に対してAlGaAs層を充填して形成しても良い。   The resonator lattice points 12A may be filled with, for example, semiconductor layers having different refractive indexes instead of being formed as air holes. For example, the GaAs layer may be formed by filling an AlGaAs layer.

例えば、2次元フォトニック結晶層12を融着する製造工程において、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの空孔形状が変形する場合には、屈折率の異なる半導体層で充填することがこのような変形を回避する上で有効である。   For example, in the manufacturing process of fusing the two-dimensional photonic crystal layer 12, when the cavity shapes of the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C are deformed, the semiconductor layers having different refractive indexes may be filled. This is effective in avoiding such deformation.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.015の場合のバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数との関係は、図40に示すように表される。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment has a band structure in the case of an aspect ratio r = 1.015 in rectangular lattice Γ-point oscillation, and has a normalized frequency (c / a) and The relationship with the wave number is expressed as shown in FIG.

また、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.03の場合のバンド構造は、図41に示すように表され、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.045の場合のバンド構造は、図42に示すように表される。   Further, the band structure when the aspect ratio r = 1.03 in the rectangular lattice Γ point oscillation is expressed as shown in FIG. 41, and the band structure when the aspect ratio r = 1.045 in the rectangular lattice Γ point oscillation is shown. The structure is represented as shown in FIG.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、図40〜図42中の矢印に示すように、長方格子のΓ点発振では、波数kの拡がりを持ち、アスペクト比r(=a1/a2)(r≠1)の値により、波数kの拡がりを制御することができる。すなわち、波数kは、放射角度に対応するため、ビーム拡がり角度θ0を制御することができる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, as shown by the arrows in FIGS. 40 to 42, the Γ-point oscillation of the rectangular lattice has a wavenumber k spread and an aspect ratio. The spread of the wave number k can be controlled by the value of r (= a 1 / a 2 ) (r ≠ 1). That is, since the wave number k corresponds to the radiation angle, the beam divergence angle θ 0 can be controlled.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子の共振器用格子点12Aの実空間は、図43に示すように表され、長方格子の波数空間は、図44に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, the real space of the resonator lattice point 12A of the rectangular lattice is represented as shown in FIG. 43, and the wave number space of the rectangular lattice is 44. As shown in FIG.

図43において、格子定数a1は、2次元フォトニック結晶層12の媒質内波長λに等しく、アスペクト比rは、a1/a2(r≠1)である。また、図44において、b1=2π/a1、b2=2π/a2であり、kfは、基本波の波数ベクトルを表す。 In FIG. 43, the lattice constant a 1 is equal to the in-medium wavelength λ of the two-dimensional photonic crystal layer 12, and the aspect ratio r is a 1 / a 2 (r ≠ 1). In FIG. 44, b 1 = 2π / a 1 and b 2 = 2π / a 2 , and k f represents the wave number vector of the fundamental wave.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の長方格子の共振器用格子点12AをΓ点発振させるためには、活性層14のゲインピークに、その共振モードの波長が重なる必要がある。すなわち、Γ点では、基本波の波数kfが、活性層ゲインの媒質内での中心波長(λPC)となることから、次式の関係が得られる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, in order to cause the resonator lattice point 12A of the rectangular lattice of the two-dimensional photonic crystal layer 12 to Γ-point oscillate, the gain peak of the active layer 14 is used. Furthermore, the wavelengths of the resonance modes need to overlap. That is, at the Γ point, the wave number k f of the fundamental wave becomes the center wavelength (λ PC ) in the medium of the active layer gain, and thus the following relationship is obtained.


f=|b1|=|(2π/a1,0)|=2π/a1=2π/λPC (1)

従って、格子定数aと中心波長λPCの関係は、

1=λPC=λair/neff (2)

で与えられる。第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、活性層の中心波長は、空気中でλair=940nm、有効屈折率neff=3.4である。

k f = | b 1 | = | (2π / a 1 , 0) | = 2π / a 1 = 2π / λ PC (1)

Therefore, the relationship between the lattice constant a and the center wavelength λ PC is

a 1 = λ PC = λ air / n eff (2)

Given in. In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, the center wavelength of the active layer is λ air = 940 nm and the effective refractive index n eff = 3.4 in the air .

(実験結果)
第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.015の場合のFFPの測定実験結果は、図45に示すように表され、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.03の場合のFFPの測定実験結果は、図46に示すように表され、長方格子Γ点発振におけるアスペクト比r=1.045の場合のFFPの測定実験結果は、図47に示すように表される。
(Experimental result)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, the FFP measurement experiment result when the aspect ratio r = 1.015 in the rectangular lattice Γ-point oscillation is expressed as shown in FIG. The FFP measurement experiment result when the aspect ratio r = 1.03 in the rectangular lattice Γ point oscillation is expressed as shown in FIG. 46, and the aspect ratio r = 1.045 in the rectangular lattice Γ point oscillation is shown. The measurement experiment result of FFP is expressed as shown in FIG.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、図45〜図47中の矢印に示すように、ビーム拡がり角度θ0は、それぞれ8°、15°、21°が得られている。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, as indicated by the arrows in FIGS. 45 to 47, the beam divergence angle θ 0 is 8 °, 15 °, and 21 °, respectively. It has been.

第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、図45〜図47に示すように、アスペクト比r(=a1/a2)(r≠1)の値により、長方格子のΓ点発振のビーム拡がり角度θ0を制御可能である。特に、長方格子のアスペクト比r(=a1/a2)(r≠1)の値により、縦ビーム拡がり角度を制御可能である。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment, as shown in FIGS. 45 to 47, the length of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser is increased depending on the aspect ratio r (= a 1 / a 2 ) (r ≠ 1). It is possible to control the beam divergence angle θ 0 of the Γ point oscillation of the rectangular lattice. In particular, the longitudinal beam divergence angle can be controlled by the value of the aspect ratio r (= a 1 / a 2 ) (r ≠ 1) of the rectangular lattice.

図38のIV−IV線に沿う第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図48(a)に示すように表され、図38のV−V線に沿う第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図48(b)に示すように表される。   A schematic cross-sectional structure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment taken along line IV-IV in FIG. 38 is expressed as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment along the line is expressed as shown in FIG.

すなわち、第7の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図48(a)および図48(b)に示すように、基板(24:図1)と、基板(24)上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備え、定在波形成用フォトニック結晶層12は、第1クラッド層10と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図48(a)および図48(b)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と活性層14との間には、キャリアブロック層13を備えていても良い。   That is, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the seventh embodiment has a substrate (24: FIG. 1) and a substrate (24) as shown in FIGS. 48 (a) and 48 (b). A first cladding layer 10 disposed on the first cladding layer 10, a second cladding layer 16 disposed on the first cladding layer 10, and an active layer 14 sandwiched between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16. The standing wave forming photonic crystal layer 12 may be disposed between the first cladding layer 10 and the active layer 14 so as to be adjacent to the active layer 14 in the direction perpendicular to the plane. Further, as shown in FIGS. 48A and 48B, a carrier block layer 13 may be provided between the standing wave forming photonic crystal layer 12 and the active layer 14.

(変形例)
図38のIV−IV線に沿う第7の実施の形態の変形例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図49(a)に示すように表され、図38のV−V線に沿う模式的断面構造は、図49(b)に示すように表される。
(Modification)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to a modification of the seventh embodiment along the line IV-IV in FIG. 38 is expressed as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure along the VV line is expressed as shown in FIG.

すなわち、第7の実施の形態の変形例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、定在波形成用フォトニック結晶層12は、図49(a)および図49(b)に示すように、第2クラッド層16と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。   That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the modification of the seventh embodiment, the standing wave forming photonic crystal layer 12 is formed as shown in FIGS. 49 (a) and 49 (b). The second cladding layer 16 and the active layer 14 may be disposed adjacent to each other in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14.

第7の実施の形態およびその変形例によれば、ラインビーム出射する2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the seventh embodiment and its modification, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser that emits a line beam.

第7の実施の形態およびその変形例によれば、長方格子のアスペクト比により、Γ点発振のビーム拡がり角度が制御可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the seventh embodiment and the modification thereof, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser in which the beam divergence angle of the Γ point oscillation can be controlled by the aspect ratio of the rectangular lattice.

[第8の実施の形態]
第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図35と同様に、基板24と、基板24上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備える。
[Eighth embodiment]
The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment is disposed on the substrate 24, the first cladding layer 10 disposed on the substrate 24, and the first cladding layer 10, as in FIG. And the active layer 14 sandwiched between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16.

更に、第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図35と同様に、第2クラッド層16上に配置されたコンタクト層18と、コンタクト層18上の面発光領域に配置され、レーザ光を取り出すためのウィンドウ層20と、ウィンドウ層20上に配置された窓状の上部電極22と、基板24の裏面に配置された下部電極26とを備える。   Further, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment is similar to FIG. 35 in that the contact layer 18 disposed on the second cladding layer 16 and the surface emitting region on the contact layer 18 are formed. A window layer 20 that is disposed and for extracting laser light, a window-shaped upper electrode 22 disposed on the window layer 20, and a lower electrode 26 disposed on the back surface of the substrate 24 are provided.

定在波形成用フォトニック結晶層12は、図35と同様に、第1クラッド層10と第2クラッド層16との間に、活性層14の面垂直方向に活性層14に隣接して配置されていても良い。ここで、活性層14は、例えば、MQW層で形成されていても良い。   As in FIG. 35, the standing wave forming photonic crystal layer 12 is disposed between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16 and adjacent to the active layer 14 in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. May be. Here, the active layer 14 may be formed of, for example, an MQW layer.

更に、活性層14と定在波形成用フォトニック結晶層12との間には、図35と同様に、キャリアブロック層13を備え、MQW層からなる活性層14内にキャリアを有効に取り込みかつ活性層14から定在波形成用フォトニック結晶層12へのキャリアの流入をブロックしても良い。   Further, a carrier block layer 13 is provided between the active layer 14 and the standing wave forming photonic crystal layer 12, as in FIG. 35, and carriers are effectively taken into the active layer 14 composed of the MQW layer. The inflow of carriers from the active layer 14 to the standing wave forming photonic crystal layer 12 may be blocked.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの材料系としては、例えば、以下のものを適用可能である。すなわち、例えば、波長1.3μm〜1.5μmでは、GaInAsP/InP系、波長900nmの赤外光では、InGaAs/GaAs系、波長800nm〜900の赤外光/近赤外光では、GaAlAs/GaAs系若しくはGaInNAs/GaAs系、波長1.3μm〜1.67μmでは、GaAlInAs/InP系、波長0.65μmでは、AlGaInP/GaAs系、青色光では、GaInN/GaN系などを適用可能である。 As a material system of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, for example, the following can be applied. That is, for example, at a wavelength of 1.3 μm to 1.5 μm, a GaInAsP / InP system, an infrared light with a wavelength of 900 nm is an InGaAs / GaAs system, and an infrared light / near infrared light with a wavelength of 800 nm to 900 is GaAlAs / GaAs. GaAlInAs / GaAs system, GaAlInAs / InP system for wavelengths of 1.3 μm to 1.67 μm, AlGaInP / GaAs system for wavelengths of 0.65 μm, GaInN / GaN system for blue light, etc. are applicable.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいても出射される縦長ビーム構造のFFP例は、図36と同様である。   An example of the FFP having the vertically long beam structure emitted also in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment is the same as that shown in FIG.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、ラインビーム出射するビーム拡がり角度θ0を制御可能なフォトニック結晶の格子構造として、一辺が媒質内波長の1/2に等しい長方格子(a1=λ/2)を導入した。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, as a lattice structure of a photonic crystal capable of controlling the beam divergence angle θ 0 emitted from the line beam, one side is ½ of the wavelength in the medium. An equal rectangular lattice (a 1 = λ / 2) was introduced.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニックバンド構造のX点のバンド端における光波を用いる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, a light wave at the band end of the X point of the photonic band structure is used.

X点のバンド端における光波では、フォトニック結晶の周期構造は、発振のための定在波形成の機能しか持っていないが、この周期構造と同一面内に、光を回折させるための周期構造(カップラー)を設けることにより、光を取り出すことができる。長方格子を導入することにより、2次元的な発振を維持したまま、ビーム拡がり角度θ0を大きくすることが可能となった。ビーム拡がり角度θ0を制御できれば、アプリケーションの範囲が広がり、ビームスキャニングレーザとしての価値の向上につながる。 In the light wave at the band edge of the X point, the periodic structure of the photonic crystal has only a function of forming a standing wave for oscillation, but the periodic structure for diffracting light in the same plane as this periodic structure. By providing a (coupler), light can be extracted. By introducing a rectangular lattice, the beam divergence angle θ 0 can be increased while maintaining a two-dimensional oscillation. If the beam divergence angle θ 0 can be controlled, the range of applications will be expanded and the value as a beam scanning laser will be improved.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、長方格子X点発振におけるバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数との関係は、図50に示すように表される。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment has a band structure in rectangular lattice X-point oscillation, and the relationship between the normalized frequency (c / a) and the wave number is shown in FIG. It is expressed as follows.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用長方格子の格子点の実空間は、図51に示すように表され、共振器用長方格子の波数空間は、図52に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the real space of the lattice point of the resonator rectangular lattice is expressed as shown in FIG. 51, and the wave number space of the resonator rectangular lattice is It is expressed as shown in FIG.

図51において、格子定数a1は、2次元フォトニック結晶層12の媒質内波長λの1/2に等しく、アスペクト比rは、=a1/a2(r≠1)である。また、図52において、b1=2π/a1、b2=2π/a2であり、kfは、基本波の波数ベクトルを表す。 In FIG. 51, the lattice constant a 1 is equal to ½ of the in-medium wavelength λ of the two-dimensional photonic crystal layer 12, and the aspect ratio r is = a 1 / a 2 (r ≠ 1). In FIG. 52, b 1 = 2π / a 1 and b 2 = 2π / a 2 , and k f represents the wave number vector of the fundamental wave.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の長方格子の共振器用格子点12AをX点発振させるためには、活性層14のゲインピークに、その共振モードの波長が重なる必要がある。すなわち、長方格子X点では、基本波の波数kfが、活性層ゲインの媒質内での中心波長(λPC)となることから、次式の関係が得られる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, in order to cause the resonator lattice point 12A of the rectangular lattice of the two-dimensional photonic crystal layer 12 to oscillate at X points, the gain peak of the active layer 14 is obtained. Furthermore, the wavelengths of the resonance modes need to overlap. That is, at the rectangular lattice point X, the wave number k f of the fundamental wave becomes the center wavelength (λ PC ) in the medium of the active layer gain, and thus the relationship of the following equation is obtained.


f=|1/2・b1|=|1/2・(2π/a1,0)|=π/a1=2π/λPC
(3)

従って、格子定数a1と中心波長λPCの関係は、

1=1/2・λPC=1/2・λair/neff (4)

で与えられる。

k f = | 1/2 · b 1 | = | 1/2 · (2π / a 1 , 0) | = π / a 1 = 2π / λ PC
(3)

Therefore, the relationship between the lattice constant a 1 and the center wavelength λ PC is

a 1 = 1/2 · λ PC = 1/2 · λ air / n eff (4)

Given in.

一方、光出射用フォトニック結晶構造は、逆格子ベクトルk空間において、定在波形成用フォトニック結晶構造により増幅される光の波数ベクトルk↑と、光出射用フォトニック結晶構造における逆格子ベクトルkG↑の和である波数ベクトルΔk↑=k↑+kG↑の大きさ|k↑+kG↑|が|k↑|/neffより小さくなる逆格子ベクトルkG↑が存在するように、2次元の格子構造を形成する。 On the other hand, the photonic crystal structure for light emission includes the wave vector k ↑ of light amplified by the standing wave forming photonic crystal structure in the reciprocal lattice vector k space, and the reciprocal lattice vector in the photonic crystal structure for light emission. k G ↑ is the sum of the wave vector Δk ↑ = k ↑ + k G ↑ magnitude | k ↑ + k G ↑ | is | k ↑ | / n eff as is reciprocal lattice k G ↑ is present becomes smaller, A two-dimensional lattice structure is formed.

ここで、波数ベクトルΔk↑は、波数ベクトルk↑を有する光が光出射用フォトニック結晶構造において回折された(すなわち、波数ベクトルの向きが変化した)後の波数ベクトルを表す。   Here, the wave vector Δk ↑ represents a wave vector after the light having the wave vector k ↑ is diffracted in the light emitting photonic crystal structure (that is, the direction of the wave vector is changed).

これにより、定在波形成用フォトニック結晶構造において増幅された光が、光出射用フォトニック結晶構造において回折され、その回折光の波数ベクトルΔk↑がライトコーン内に存在することとなる。   Thereby, the light amplified in the standing wave forming photonic crystal structure is diffracted in the light emitting photonic crystal structure, and the wave number vector Δk ↑ of the diffracted light exists in the light cone.

そのため、2次元フォトニック結晶層内の光は、2次元フォトニック結晶層と外部との界面において全反射を生じることなく外部に出射し、レーザビームが得られる。その際、2次元フォトニック結晶層に平行な方向の波数成分が、上記界面において維持されるため、散乱光の波数ベクトルの大きさ|Δk↑|が0である場合には、レーザビームは、2次元フォトニック結晶層に垂直に出射し、|Δk↑|が0以外を有する場合には、その散乱光の波数ベクトルΔk↑の大きさおよび向きに対応した傾斜角を有する傾斜ビームが得られる。   Therefore, the light in the two-dimensional photonic crystal layer is emitted to the outside without causing total reflection at the interface between the two-dimensional photonic crystal layer and the outside, and a laser beam is obtained. At that time, the wave number component in the direction parallel to the two-dimensional photonic crystal layer is maintained at the interface. Therefore, when the wave vector magnitude | Δk ↑ | of the scattered light is 0, the laser beam is When emitted perpendicularly to the two-dimensional photonic crystal layer and | Δk ↑ | has a value other than 0, an inclined beam having an inclination angle corresponding to the magnitude and direction of the wave number vector Δk ↑ of the scattered light is obtained. .

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aは、図53に示すように、長方格子に配置される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the resonator lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation is a rectangular lattice as shown in FIG. Placed in.

また、第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの模式的平面構成は、図54に示すように表される。   Further, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, a schematic plane of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation. The configuration is expressed as shown in FIG.

また、図54のVI−VI線に沿う模式的断面構造は、図55(a)に示すように表され、図54のVII−VII線に沿う模式的断面構造は、図55(b)に示すように表される。   Further, a schematic cross-sectional structure taken along line VI-VI in FIG. 54 is represented as shown in FIG. 55A, and a schematic cross-sectional structure taken along line VII-VII in FIG. 54 is shown in FIG. Represented as shown.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図55(a)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる長方格子の共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。ここで、長方格子の格子定数をa1およびa2とすると、長方格子の一辺a1が媒質内波長λの1/2に等しい。 As shown in FIG. 55A, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment includes a standing wave forming photonic crystal layer 12 and a standing wave forming photonic crystal layer 12. Resonance of a rectangular lattice that is disposed inside and diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 within the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 A grating for a coupler that diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 in the direction perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 And a point 12C. Here, if the lattice constants of the rectangular lattice are a 1 and a 2 , one side a 1 of the rectangular lattice is equal to ½ of the in-medium wavelength λ.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、カップラー用格子点12Cには、あらゆる格子系が考えられ、周期が一致している必要もない。カップラー用格子点12Cの格子系や周期が変わると、出射する方向と角度も変わる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, any lattice system can be considered for the coupler lattice point 12C, and the periods do not need to match. When the lattice system and the period of the coupler lattice point 12C are changed, the emission direction and angle are also changed.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aの長方格子において、格子定数a1は、媒質内波長λの1/2に等しいが、a2の範囲は特に限定されない。但し、現実的な構造を想定すると、

0.5×a1<a2<3×a1 (5)

であることが望ましい。
In the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to the eighth embodiment, in a rectangular lattice of resonator grid points 12A, the lattice constant a 1 is equal to 1/2 of the medium wavelength lambda, of a 2 The range is not particularly limited. However, assuming a realistic structure,

0.5 × a 1 <a 2 <3 × a 1 (5)

It is desirable that

また、第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、カップラー用格子点12Cは、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the coupler lattice point 12C is arranged in the standing wave forming photonic crystal layer 12.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、図55(a)および図55(b)に示すように空孔として形成可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation are shown in FIG. ) And as shown in FIG. 55 (b).

また、試作されている共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの直径・深さは、例えば、約120nm・115nm程度であり、ピッチは、例えば、約280nm程度である。尚、これらの数値例は、基板10および活性層14を構成する材料系、2次元フォトニック結晶層12の材料系および媒質内波長などによって適宜変更可能である。   In addition, the diameter and depth of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C that are prototyped are about 120 nm and 115 nm, for example, and the pitch is about 280 nm, for example. These numerical examples can be appropriately changed depending on the material system constituting the substrate 10 and the active layer 14, the material system of the two-dimensional photonic crystal layer 12, the wavelength in the medium, and the like.

例えば、GaAs/AlGaAs系材料を適用した第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、2次元フォトニック結晶層12の媒質内波長λとしては、約200nm〜約300nm程度であり、出力光波長は、約900nm〜約915nm程度である。   For example, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment to which a GaAs / AlGaAs-based material is applied, the in-medium wavelength λ of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is about 200 nm to about 300 nm. The output light wavelength is about 900 nm to about 915 nm.

尚、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、例えば、空気孔として形成する代わりに、屈折率の異なる半導体層で充填しても良い。例えば、GaAs層に対してAlGaAs層を充填して形成しても良い。例えば、2次元フォトニック結晶層12を融着する製造工程において、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの空孔形状が変形する場合には、屈折率の異なる半導体層で充填することがこのような変形を回避する上で有効である。   The resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C may be filled with semiconductor layers having different refractive indexes, instead of being formed as air holes, for example. For example, the GaAs layer may be formed by filling an AlGaAs layer. For example, in the manufacturing process of fusing the two-dimensional photonic crystal layer 12, when the cavity shapes of the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C are deformed, the semiconductor layers having different refractive indexes may be filled. This is effective in avoiding such deformation.

図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図56(a)に示すように表され、図54のVII−VII線に沿う第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図56(b)に示すように表される。   A schematic cross-sectional structure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment taken along line VI-VI in FIG. 54 is expressed as shown in FIG. 56A, and VII-VII in FIG. A schematic cross-sectional structure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment along the line is expressed as shown in FIG.

すなわち、第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、基板(24:図35)と、基板(24)上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備え、定在波形成用フォトニック結晶層12は、第1クラッド層10と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図41に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と活性層14との間には、キャリアブロック層13を備えている。   That is, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment includes a substrate (24: FIG. 35), a first cladding layer 10 disposed on the substrate (24), and the first cladding layer 10 The standing clad layer-forming photonic crystal layer 12 includes a first clad layer 16 disposed thereon, and an active layer 14 sandwiched between the first clad layer 10 and the second clad layer 16. 10 and the active layer 14 may be disposed adjacent to each other in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. As shown in FIG. 41, a carrier block layer 13 is provided between the standing wave forming photonic crystal layer 12 and the active layer 14.

(変形例1)
図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態の変形例1に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図57(a)に示すように表され、図54のVII−VII線に沿う第8の実施の形態の変形例1に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図57(b)に示すように表される。
(Modification 1)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 1 of the eighth embodiment along the line VI-VI in FIG. 54 is expressed as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 1 of the eighth embodiment along the line VII-VII is expressed as shown in FIG.

すなわち、第7の実施の形態の変形例1に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、定在波形成用フォトニック結晶層12は、図57(a)および図57(b)に示すように、第2クラッド層16と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図57(a)および図57(b)では図示を省略しているが、定在波形成用フォトニック結晶層12と活性層14との間には、図56と同様に、キャリアブロック層13を配置しても良い。   That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the first modification of the seventh embodiment, the standing wave forming photonic crystal layer 12 is as shown in FIGS. 57 (a) and 57 (b). In addition, the active layer 14 may be disposed adjacent to the second cladding layer 16 and the active layer 14 in the direction perpendicular to the plane. Although not shown in FIGS. 57 (a) and 57 (b), a carrier block is formed between the standing wave forming photonic crystal layer 12 and the active layer 14 as in FIG. The layer 13 may be disposed.

(変形例2)
図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態の変形例2に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図58(a)に示すように表される。
(Modification 2)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 2 of the eighth embodiment along the line VI-VI in FIG. 54 is expressed as shown in FIG.

すなわち、第8の実施の形態の変形例2に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図58(a)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層121と積層化される光出射用フォトニック結晶層122を更に備え、カップラー用格子点12Cは、光出射用フォトニック結晶層122内に配置されていても良い。 In other words, the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to a second modification of the eighth embodiment, as shown in FIG. 58 (a), are laminated with the photonic crystal layer 12 1 for the standing wave formed The light emitting photonic crystal layer 12 2 may be further provided, and the coupler lattice point 12C may be disposed in the light emitting photonic crystal layer 12 2 .

第8の実施の形態の変形例2に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図58(a)に示すように、基板(24:図35)と、基板(24)上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備え、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122は、第1クラッド層10と第2クラッド層16との間に、活性層14の面垂直方向に、活性層14を挟んで配置される。 The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the second modification of the eighth embodiment is disposed on the substrate (24: FIG. 35) and the substrate (24) as shown in FIG. 58 (a). The first clad layer 10, a second clad layer 16 disposed on the first clad layer 10, and an active layer 14 sandwiched between the first clad layer 10 and the second clad layer 16, and standing wave formation The photonic crystal layer 12 1 for light and the photonic crystal layer 12 2 for light emission sandwich the active layer 14 between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16 in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. Be placed.

また、図58(a)では図示を省略しているが、定在波形成用フォトニック結晶層121と活性層14との間および光出射用フォトニック結晶層122と活性層14との間には、図56と同様に、キャリアブロック層13をそれぞれ配置しても良い。 Further, although not shown in FIG. 58 (a), between the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the active layer 14 and between the light emitting photonic crystal layer 12 2 and the active layer 14. In the meantime, similarly to FIG. 56, the carrier block layers 13 may be arranged respectively.

また、図58(a)において、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122の積層順序を逆にして、活性層14と第2クラッド層16との間に光出射用フォトニック結晶層122を配置し、活性層14と第1クラッド層10との間に定在波形成用フォトニック結晶層121を配置してもよい。カップラー用格子点12Cが配置される光出射用フォトニック結晶層122を光の取り出し方向に近い位置に配置可能であるため、光の取り出し効率も増大可能である。 Further, in FIG. 58A, the stacking order of the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 is reversed so that the active layer 14 and the second cladding layer 16 are disposed. the light-emitting photonic crystal layer 12 2 is arranged, it may be arranged a photo for the standing wave formed photonic crystal layer 121 between the active layer 14 and the first cladding layer 10. Since the light emitting photonic crystal layer 12 2 where the coupler lattice point 12C is disposed can be disposed at a position close to the light extraction direction, the light extraction efficiency can be increased.

(変形例3)
図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態の変形例3に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図58(b)に示すように表される。
(Modification 3)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 3 of the eighth embodiment along the VI-VI line in FIG. 54 is expressed as shown in FIG.

すなわち、第8の実施の形態の変形例3に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122は、第2クラッド層16と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図58(b)では図示を省略しているが、光出射用フォトニック結晶層122と活性層14との間には、図56と同様に、キャリアブロック層13を配置しても良い。 That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the third modification of the eighth embodiment, the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 are the second The clad layer 16 and the active layer 14 may be disposed adjacent to each other in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. Further, although not shown in FIG. 58 (b), between the light-emitting photonic crystal layer 12 2 and the active layer 14, similarly to FIG. 56, be arranged carrier block layer 13 good.

また、図58(b)において、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122の積層順序を逆にして、活性層14上に定在波形成用フォトニック結晶層121を配置し、定在波形成用フォトニック結晶層121上に光出射用フォトニック結晶層122を配置してもよい。活性層14に近い位置に定在波形成用フォトニック結晶層121を配置した方が、活性層14のゲインピーク近傍に、共振モードの波長を重ねることが可能となるため、定在波形成作用をより効果的に実施することができる。また、カップラー用格子点12Cが配置される光出射用フォトニック結晶層122を光の取り出し方向に近い位置に配置可能であるため、光の取り出し効率も増大可能である。 In FIG. 58 (b), the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 are stacked in the reverse order, and the standing wave forming photonic crystal is formed on the active layer. The crystal layer 12 1 may be disposed, and the light emitting photonic crystal layer 12 2 may be disposed on the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 . Better to place the active layer 14 positioned standing wave forming photonic crystal layer 12 1 close to it, the gain peak near the active layer 14, it becomes possible to superimpose the wavelength of resonant modes, standing waves formed The action can be carried out more effectively. Further, since the light emitting photonic crystal layer 12 2 where the coupler lattice point 12C is disposed can be disposed at a position close to the light extraction direction, the light extraction efficiency can be increased.

(変形例4)
図54のVI−VI線に沿う第8の実施の形態の変形例4に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的断面構造は、図58(c)に示すように表される。
(Modification 4)
A schematic cross-sectional structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 4 of the eighth embodiment along the VI-VI line of FIG. 54 is represented as shown in FIG.

すなわち、第8の実施の形態の変形例4に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122は、第1クラッド層10と活性層14との間に、活性層14の面垂直方向に隣接して配置されていても良い。また、図58(c)では図示を省略しているが、定在波形成用フォトニック結晶層121と活性層14との間には、図56と同様に、キャリアブロック層13を配置しても良い。 That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fourth modification of the eighth embodiment, the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 have the first structure. The clad layer 10 and the active layer 14 may be disposed adjacent to each other in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. Further, although not shown in FIG. 58 (c), between the standing wave forming photonic crystal layer 121 and the active layer 14, similarly to FIG. 56, to place the carrier block layer 13 May be.

また、図58(c)において、定在波形成用フォトニック結晶層121および光出射用フォトニック結晶層122の積層順序を逆にして、活性層14に近接して光出射用フォトニック結晶層122を配置してもよい。カップラー用格子点12Cが配置される光出射用フォトニック結晶層122を光の取り出し方向に近い位置に配置可能であるため、光の取り出し効率も増大可能である。 In FIG. 58 (c), the stacking order of the standing wave forming photonic crystal layer 12 1 and the light emitting photonic crystal layer 12 2 is reversed, and the light emitting photonic is close to the active layer 14. the crystal layer 12 2 may be disposed. Since the light emitting photonic crystal layer 12 2 where the coupler lattice point 12C is disposed can be disposed at a position close to the light extraction direction, the light extraction efficiency can be increased.

(変形例5)
第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの模式的平面構成は、図59(a)に示すように表され、図59(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数との関係は、図59(b)に示すように表される。
(Modification 5)
Schematic illustration of resonator lattice points 12A and coupler lattice points 12C of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation in a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 5 of the eighth embodiment The planar configuration is expressed as shown in FIG. 59 (a), and is a band structure of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 59 (a). The relationship between the normalized frequency (c / a) and the wave number is , As shown in FIG. 59 (b).

第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、長方格子(X点発振)の実施例に対応しており、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図59(b)のR領域近傍)における発振を利用している。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth modification of the eighth embodiment corresponds to the example of the rectangular lattice (X-point oscillation), and the standing wave forming photonic crystal layer 12 is used. The oscillation at the X-point band edge (near the R region in FIG. 59B) in the photonic band structure of FIG.

第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図59(a)および図59(b)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。   As shown in FIGS. 59A and 59B, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 5 of the eighth embodiment includes a standing wave forming photonic crystal layer 12, The light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is disposed in the standing wave forming photonic crystal layer 12, and A light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the resonator lattice point 12A to be diffracted in the plane and the standing wave forming photonic crystal layer 12 is perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 A grating point 12C for a coupler to be diffracted into the same.

第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aは、図59(a)に示すように、格子定数a1およびa2を有する第1の長方格子に配置され、カップラー用格子点12Cは、第1の長方格子とは別の第2の長方格子に配置される。ここで、第2の長方格子のx方向およびy方向の格子定数は、第1の長方格子のx方向およびy方向の格子定数a1およびa2に対して、媒質内波長2a1およびa2に等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth modification of the eighth embodiment, the resonator lattice point 12A has first lattice constants a 1 and a 2 as shown in FIG. 59 (a). The grid points 12C for the coupler are arranged in a second rectangular lattice different from the first rectangular lattice. Here, the lattice constants in the x and y directions of the second rectangular lattice are the in-medium wavelength 2a 1 and the lattice constants a 1 and a 2 in the x and y directions of the first rectangular lattice. equal to a 2

その他の構成は、第8の実施の形態およびその変形例1〜4と同様である。   Other configurations are the same as those of the eighth embodiment and its modifications 1 to 4.

(変形例6)
第8の実施の形態の変形例6に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器用格子点12Aの模式的平面構成は、図60(a)に示すように、菱形格子に配置される。また、図60(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数(c/a)と波数の関係は、図60(b)に示すように表される。
(Modification 6)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth modification of the eighth embodiment, the schematic plan configuration of the resonator lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X point oscillation is shown in FIG. As shown to 60 (a), it arrange | positions at a rhombus lattice. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 60A, and the relationship between the normalized frequency (c / a) and the wave number is expressed as shown in FIG.

第8の実施の形態の変形例6に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、菱形格子(X点発振)の実施例に対応しており、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図60(b)のR領域近傍)における発振を利用している。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth modification of the eighth embodiment corresponds to the rhombus (X-point oscillation) example, and the standing wave forming photonic crystal layer 12 has The oscillation at the X point band edge (near the R region in FIG. 60B) in the photonic band structure is used.

第8の実施の形態の変形例6に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図60(a)および図60(b)に示すように、定在波形成用フォトニック結晶層12と、定在波形成用フォトニック結晶層12内に配置され、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振器用格子点12Aと、定在波形成用フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、定在波形成用フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるカップラー用格子点12Cとを備える。   As shown in FIGS. 60A and 60B, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to Modification 6 of the eighth embodiment includes a standing wave forming photonic crystal layer 12, The light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the standing wave forming photonic crystal layer 12 is disposed in the standing wave forming photonic crystal layer 12, and A light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the resonator lattice point 12A to be diffracted in the plane and the standing wave forming photonic crystal layer 12 is perpendicular to the plane of the standing wave forming photonic crystal layer 12 A grating point 12C for a coupler to be diffracted into the same.

第8の実施の形態の変形例6に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aは、図60(a)に示すように、格子定数a1およびa2を有する菱形格子に配置され、カップラー用格子点12Cは、長方格子に配置される。ここで、長方格子の格子定数は、菱形格子の格子定数a1およびa2に対して、媒質内波長λおよびa2に等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the sixth modification of the eighth embodiment, the resonator lattice point 12A has a rhombic lattice having lattice constants a 1 and a 2 as shown in FIG. The coupler lattice points 12C are arranged in a rectangular lattice. Here, the lattice constant of the rectangular lattice is equal to the in-medium wavelengths λ and a 2 with respect to the lattice constants a 1 and a 2 of the rhomboid lattice.

その他の構成は、第8の実施の形態およびその変形例1〜4と同様である。   Other configurations are the same as those of the eighth embodiment and its modifications 1 to 4.

第8の実施の形態およびその変形例1〜6によれば、ラインビーム出射する2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the eighth embodiment and its modifications 1 to 6, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser that emits a line beam.

第8の実施の形態およびその変形例1〜6によれば、長方格子のアスペクト比r(=a1/a2)(r≠1)により、ビーム拡がり角度が制御可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。 According to the eighth embodiment and its modifications 1 to 6, a two-dimensional photonic whose beam divergence angle can be controlled by the aspect ratio r (= a 1 / a 2 ) (r ≠ 1) of the rectangular lattice. A crystal surface emitting laser can be provided.

第8の実施の形態およびその変形例1〜6によれば、ビーム拡がり角度を制御可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the eighth embodiment and its modifications 1 to 6, it is possible to provide a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle.

(ビーム拡がり角度の制御:共振器領域RPとカップラー領域CP)
共振器領域RPとは、定在波形成用フォトニック結晶層12・121において共振器用格子点12Aが配置される領域であり、カップラー領域CPとは、定在波形成用フォトニック結晶層12若しくは、光出射用フォトニック結晶層122においてカップラー用格子点12Cが配置される領域である。
(Control of beam divergence angle: resonator region RP and coupler region CP)
The resonator region RP, a region resonator grid point 12A is located in the standing wave forming photonic crystal layer 12, 12 1, and the coupler region CP, the photonic crystal layer 12 for the standing wave formed Alternatively, this is a region where the coupler lattice point 12C is arranged in the light emitting photonic crystal layer 12 2 .

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、カップラー領域CPの幅、ビーム拡がり角度、およびビーム拡がり領域の関係は、模式的に図11(a)、図11(b)および図11(c)と同様に表される。すなわち、カップラー領域CP1の幅A1、ビーム拡がり角度θ1、およびビーム拡がり領域301の例は図11(a)と同様に表され、カップラー領域CP2の幅A2、ビーム拡がり角度θ2、およびビーム拡がり領域302の例は図11(b)と同様に表され、カップラー領域CP3の幅A3、ビーム拡がり角度θ3、およびビーム拡がり領域303の例は図11(c)と同様に表される。ここで、カップラー領域の幅の大小関係は、A1<A2<A3であり、カップラー領域CP1の大きさは相対的に小さく、カップラー領域CP3の大きさは相対的に大きい。また、ビーム拡がり領域301・302・303を規定するビーム拡がり角度の大小関係は、θ1>θ2>θ3が成立している。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the relationship between the width of the coupler region CP, the beam divergence angle, and the beam divergence region is schematically shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). And is expressed in the same manner as in FIG. That is, the width A 1 of the coupler region CP 1, an example of beam spread angle theta 1, and the beam divergence region 30 1 is represented in the same manner as FIG. 11 (a), the width A 2 of the coupler region CP 2, the beam divergence angle theta 2, and examples of beam spread region 30 2 is represented in the same manner as FIG. 11 (b), the width a 3 coupler region CP 3, an example of beam spread angle theta 3, and beam spread region 30 3 Figure 11 (c ). Here, the magnitude relation of the width of the coupler region is A 1 <A 2 <A 3 , the size of the coupler region CP 1 is relatively small, and the size of the coupler region CP 3 is relatively large. Further, the magnitude relation between the beam divergence angles that define the beam divergence areas 30 1 , 30 2, and 30 3 is such that θ 1 > θ 2 > θ 3 .

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、図11(a)・図11(b)・図11(c)に対応する共振器領域RPの大小関係は、図12(a)と同様に表され、ビーム拡がり角度の大小関係は、図12(b)と同様に表される。すなわち、共振器領域RPの大きさが大きい程、ビーム拡がり角度θ0は小さくなる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the size relationship of the resonator region RP corresponding to FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. It is expressed in the same manner as in a), and the magnitude relationship between the beam divergence angles is expressed in the same manner as in FIG. That is, the larger the size of the resonator region RP, the smaller the beam divergence angle θ 0 .

比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、正方格子Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPの大きさの関係を示す図であって、RP1の例は図13(a)と同様に表され、RP2の例は図13(b)と同様に表され、RP3の例は図13(c)と同様に表される。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, it is a diagram showing the relationship of the size of the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to square lattice Γ point oscillation, and is an example of RP 1 Is represented in the same manner as in FIG. 13A, an example of RP 2 is represented in the same manner as in FIG. 13B, and an example of RP 3 is represented in the same manner as in FIG.

一方、第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPおよびカップラー領域CP大きさの関係を示す図であって、RP1、CP1の例は図14(a)と同様に表され、RP2、CP2の例は図14(b)と同様に表され、RP3、CP3の例は図14(c)と同様に表される。 On the other hand, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the relationship between the sizes of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X-point oscillation is shown. Examples of RP 1 and CP 1 are represented in the same manner as in FIG. 14A, examples of RP 2 and CP 2 are represented in the same manner as in FIG. 14B, and examples of RP 3 and CP 3 are illustrated in FIG. 14 (c).

2次元フォトニック結晶面発光レーザの発振には、ある一定以上の共振器の領域が必要である。そのため比較例に係る正方格子Γ点発振の場合、ビーム拡がり角度θ0を大きくしようとすると、発振に必要な共振器領域RPAが確保できない。すなわち、比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、正方格子Γ点発振を利用するため、共振器領域RPのサイズがそのままカップラー領域CPのサイズに等しいため、ビーム拡がり角度θ0を大きくしようとして、共振器領域RPのサイズを縮小化すると、図12(a)に示すように、共振器領域RPの大小関係において、RP<RPAの範囲では、発振に必要な共振器領域RPAが確保できないため、発振することができなくなる。 To oscillate a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, a resonator region of a certain level or more is required. For square lattice Γ point oscillation of the comparative example therefore, an attempt to increase the beam divergence angle theta 0, can not be ensured that the resonator region RP A required oscillation. That is, in the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to comparative example, in order to utilize the oscillation square lattice Γ point, since equal to the size of the size as a coupler region CP of the resonator region RP, the beam divergence angle theta 0 When the size of the resonator region RP is reduced in order to increase the size, the resonator region RP necessary for oscillation is within the range of RP <RP A in the size relationship of the resonator region RP as shown in FIG. Since A cannot be secured, it cannot oscillate.

(カップラーと共振器の配置関係)
第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPおよびカップラー領域CP内における共振器用格子点12A・カップラー用格子点12Cの配置例は、図61に示すように表される。
(Positioning relationship between coupler and resonator)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth modification of the eighth embodiment, the resonator grating in the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation An example of the arrangement of the points 12A and the coupler lattice points 12C is expressed as shown in FIG.

また、第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、光出射用フォトニック結晶層122にカップラー用格子点12Cを配置した例は、図62(a)に示すように表される。ここで、カップラー用格子点12Cのピッチは、横方向2a1、縦方向a2である。定在波形成用フォトニック結晶層121に共振器用格子点12Aを配置した例は、図62(b)に示すように表される。ここで、媒質内波長λは、2a1に等しい。また、同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した例は、図62(c)に示すように表され、同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した別の例は、図62(d)に示すように表され、同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した更に別の例は、図62(e)に示すように表される。また、同一のフォトニック結晶層12に共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置した更に別の例は、図62(f)に示すように表される。図62(f)は、一般化した例であって、ここで、カップラー用格子点12Cは任意に配置可能であり、カップラー用格子点12Cのピッチは、例えば、横方向a3=r11、縦方向a4=r22で表される(r1≠1、r2≠1)。 Further, in the two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser according to a fifth modification of the eighth embodiment, an example of arranging the coupler lattice point 12C to the light-emitting photonic crystal layer 12 2, FIG. 62 (a) It is expressed as shown in Here, the pitch of the lattice points 12C for the coupler is the horizontal direction 2a 1 and the vertical direction a 2 . Examples of arranging the resonator grid point 12A on the standing wave formed photonic crystal layer 12 1 is expressed as shown in FIG. 62 (b). Here, the in-medium wavelength λ is equal to 2a 1 . Further, an example in which the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C are arranged on the same photonic crystal layer 12 is represented as shown in FIG. Another example in which the point 12A and the coupler lattice point 12C are arranged is expressed as shown in FIG. 62 (d), and the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C are arranged in the same photonic crystal layer 12. Yet another example is represented as shown in FIG. Another example in which the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C are arranged on the same photonic crystal layer 12 is expressed as shown in FIG. FIG. 62F is a generalized example. Here, the coupler lattice points 12C can be arbitrarily arranged, and the pitch of the coupler lattice points 12C is, for example, the horizontal direction a 3 = r 1 a 1 is represented by the vertical direction a 4 = r 2 a 2 (r 1 ≠ 1, r 2 ≠ 1).

第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、カップラー用格子点12Cと共振器用格子点12Aの配置関係は、図62(c)〜図62(f)に示すように自由に設定可能である。なお、カップラー用格子点12Cと共振器用格子点12Aの配置関係によっては、LD特性(出力、閾値など)が変化する。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth modification of the eighth embodiment, the positional relationship between the coupler lattice point 12C and the resonator lattice point 12A is shown in FIGS. 62 (c) to 62 (f). It can be set freely as shown. The LD characteristics (output, threshold value, etc.) vary depending on the arrangement relationship between the coupler lattice point 12C and the resonator lattice point 12A.

図61および図62の例は、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の例であって、第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに対応しているが、他の第8の実施の形態においても同様に適用可能である。   The example of FIGS. 61 and 62 is an example of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation, and is applied to the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth modification of the eighth embodiment. Although it corresponds, it can be similarly applied to other eighth embodiments.

(カップラー配置によるビーム拡がり角度制御)
第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPとカップラー領域CPの大きさがほぼ等しい場合のNFPは、図63(a)に示すように表され、カップラー領域CPからのビーム拡がり領域30は、図63(b)に示すように表され、図63(a)に対応する共振器領域RPおよびカップラー領域CP内の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cを配置例は、図63(c)に示すように表される。
(Beam divergence angle control by coupler arrangement)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the NFP in the case where the sizes of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation are substantially equal Is represented as shown in FIG. 63 (a), and the beam expansion region 30 from the coupler region CP is represented as shown in FIG. 63 (b), and the resonator region RP corresponding to FIG. 63 (a) and An arrangement example of the resonator lattice points 12A and the coupler lattice points 12C in the coupler region CP is expressed as shown in FIG.

また、第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPとカップラー領域CPの大きさが異なる場合のNFPは、図64(a)に示すように表され、カップラー領域CPからのビーム拡がり領域30は、図64(b)に示すように表され、図64(a)に対応する共振器領域RPおよびカップラー領域CP内の共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cの配置例は、図64(c)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the size of the resonator region RP and the coupler region CP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation is different. NFP is expressed as shown in FIG. 64A, and the beam expansion region 30 from the coupler region CP is expressed as shown in FIG. 64B, and the resonator region RP corresponding to FIG. 64A. An arrangement example of the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C in the coupler region CP is expressed as shown in FIG.

すなわち、第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、共振器とカップラーを別々に設計が可能であり、カップラーの配列のみを変更することで、安定な発振を維持しつつ、面発光レーザ光のビーム拡がり角度θ0を様々に変更可能である。 That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the resonator and the coupler can be designed separately, and stable oscillation can be maintained by changing only the coupler arrangement. However, the beam divergence angle θ 0 of the surface emitting laser light can be variously changed.

第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、共振器用格子点12Aの配置される共振器領域RPの大きさを維持したまま、カップラー用格子点12Cの配置されるカップラー領域CPを変化させることにより、安定した発振を維持しつつレーザビームのビーム拡がり角度θ0を調整することができる。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eighth embodiment, the coupler in which the coupler lattice point 12C is disposed while maintaining the size of the resonator region RP in which the resonator lattice point 12A is disposed. By changing the region CP, the beam divergence angle θ 0 of the laser beam can be adjusted while maintaining stable oscillation.

(共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcの関係)
共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcが異なる場合の配置例であって、Dc<=Drで同一点に配置された例は、図65(a)に示すように表され、Dc>Drで同一点に配置された例は、図65(b)に示すように表される。
(Relationship between the diameter D c of the diameter D r and couplers lattice point 12C of the resonator grid points 12A)
FIG. 65A shows an arrangement example in which the diameter D r of the resonator lattice point 12A and the diameter D c of the coupler lattice point 12C are different and arranged at the same point with D c ≦ D r . An example of being arranged at the same point with D c > D r is represented as shown in FIG.

共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcの関係はどのような場合でも発振は可能である。ただし、図65(a)に示すように、Dc<=Drの場合でカップラー用格子点12Cの孔と共振器用格子点12Aの孔が完全に重なる場合は、レーザ内部で共振は起こっているが光を取り出せないためにレーザダイオードとして機能しない。 Oscillation even when the relationship between a diameter D c of the diameter D r and couplers lattice point 12C of the resonator grid points 12A is what is available. However, as shown in FIG. 65A, when D c ≦ D r and the hole of the coupler lattice point 12C completely overlaps the hole of the resonator lattice point 12A, resonance occurs inside the laser. However, it cannot function as a laser diode because light cannot be extracted.

また、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、図65(b)に示すように、円形形状を備え、カップラー用格子点12Cの直径Dcは、共振器用格子点12Aの直径Drよりも大きく形成されていても良い。 Further, as shown in FIG. 65B, the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C have a circular shape, and the diameter D c of the coupler lattice point 12C is the diameter D r of the resonator lattice point 12A. It may be formed larger than.

一方、カップラー用格子点12Cと共振器用格子点12Aを、それぞれ別の2次元フォトニック結晶層に形成する場合は上記制限はない。   On the other hand, when the coupler lattice point 12C and the resonator lattice point 12A are formed in different two-dimensional photonic crystal layers, there is no limitation.

第7〜第8の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは任意の形状を備え、カップラー用格子点12Cは、共振器用格子点12Aよりも大きく形成されていても良い。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting lasers according to the seventh to eighth embodiments, the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C have arbitrary shapes, and the coupler lattice point 12C is the resonator lattice point. It may be formed larger than 12A.

図65(a)および図65(b)は、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の例であって、第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに対応しているが、共振器用格子点12Aの直径Drとカップラー用格子点12Cの直径Dcの関係は、他の第8の実施の形態においても同様の関係が成立する。 FIG. 65A and FIG. 65B are examples of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation, and the two-dimensional photonic crystal according to the fifth modification of the eighth embodiment. Although correspond to the surface-emitting laser, the relationship of the diameter D c of the diameter D r and couplers lattice point 12C of the resonator grid points 12A, a similar relationship holds also in the implementation of other eighth.

(格子点(孔)の形状)
共振器用格子点12Aの形状とカップラー用格子点12Cの形状が異なる場合の配置例であって、共振器用格子点12Aの形状が円形、カップラー用格子点12Cが三角形の例は、図66(a)に示すように表され、共振器用格子点12Aの形状が菱形、カップラー用格子点12Cが楕円形の例は、図66(b)に示すように表される。
(Shape of grid points (holes))
FIG. 66A shows an arrangement example in which the shape of the resonator lattice point 12A is different from the shape of the coupler lattice point 12C, where the resonator lattice point 12A has a circular shape and the coupler lattice point 12C has a triangular shape. 66), an example in which the resonator lattice point 12A has a rhombus shape and the coupler lattice point 12C has an oval shape is represented as shown in FIG. 66 (b).

共振器用格子点12Aおよびカップラー用格子点12Cは、多角形、円形、楕円形若しくは長円形のいずれかの形状を備えていても良い。ここで、多角形には、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形などが含まれる。   The resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C may have a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, or an oval shape. Here, the polygon includes a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, an octagon, and the like.

また、以下のようにカップラー用格子点12Cと共振器用格子点12Aで格子点の形状は異なっていても良い。また、格子点の形状の向きが傾いていても良い。格子点の形状の向きが傾いている場合には、レーザビームが、例えば、斜め方向に出力されるなど、レーザ出力特性に影響を与える。   Further, the shape of the lattice point may be different between the coupler lattice point 12C and the resonator lattice point 12A as described below. Moreover, the direction of the shape of the lattice points may be inclined. When the direction of the shape of the lattice point is inclined, the laser output characteristic is affected, for example, the laser beam is output in an oblique direction.

図66(a)および図66(b)は、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の例であって、第8の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに対応しているが、共振器用格子点12Aとカップラー用格子点12Cの(孔)の形状の関係は、他の第8の実施の形態においても同様の関係が成立する。   66 (a) and 66 (b) are examples of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation, and the two-dimensional photonic crystal according to the fifth modification of the eighth embodiment. Although it corresponds to a surface emitting laser, the relationship of the shape of the (hole) between the resonator lattice point 12A and the coupler lattice point 12C is the same in other eighth embodiments.

以上説明したように、本発明によれば、レーザビームのビーム拡がり角度の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   As described above, according to the present invention, a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam divergence angle of a laser beam can be provided.

[第9の実施の形態]
(素子構造)
第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的鳥瞰構造は、図67に示すように、フォトニック結晶層12と、フォトニック結晶層12内に配置され、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるバンド端における光波を、フォトニック結晶層12の面内で回折させると共にフォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させる共振状態形成用格子点12Aとを備える。
[Ninth embodiment]
(Element structure)
A schematic bird's-eye view structure of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment is arranged in a photonic crystal layer 12 and a photonic crystal layer 12 as shown in FIG. A resonance state forming lattice point 12 </ b> A that diffracts the light wave at the band edge in the photonic band structure of the layer 12 in the plane of the photonic crystal layer 12 and diffracts in the direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer 12 is provided.

ここで、共振状態形成用格子点12Aには、光波を、フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるための摂動が加えられている。摂動が加えられた共振状態形成用格子点12Aは、摂動状態形成用格子点12Pで表される。摂動状態形成用格子点12Pは、フォトニック結晶層12内に配置されている。   Here, a perturbation for diffracting the light wave in the direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer 12 is applied to the resonance state forming lattice point 12A. The resonance state forming lattice point 12A to which the perturbation is applied is represented by a perturbation state forming lattice point 12P. The perturbation state forming lattice point 12 </ b> P is disposed in the photonic crystal layer 12.

ここで、「摂動」とは、フォトニック結晶層12に周期構造を形成する共振状態形成用格子点12Aに対して、周期的に変調を加えることを云う。また、周期的変調は、例えば、屈折率変調であっても良い。また、周期的変調は、例えば、孔の大きさ変調であっても良い。また、周期的変調は、例えば、孔の深さ変調であっても良い。また、周期的変調は、例えば、孔の深さ変調および孔の深さ変調の両方であっても良い。   Here, “perturbation” means that modulation is periodically applied to the resonance state forming lattice points 12 A that form a periodic structure in the photonic crystal layer 12. Further, the periodic modulation may be refractive index modulation, for example. Further, the periodic modulation may be, for example, hole size modulation. Further, the periodic modulation may be, for example, hole depth modulation. The periodic modulation may be, for example, both hole depth modulation and hole depth modulation.

理論的には、フォトニック結晶層12に形成される共振状態形成用格子点12Aの「屈折率」に摂動を加えるのが望ましい。また、「孔の大きさ」、「孔の深さ」、或いはその両方に摂動を加えることで、同様の効果が得られる。   Theoretically, it is desirable to perturb the “refractive index” of the resonance state forming lattice point 12 </ b> A formed in the photonic crystal layer 12. Further, the same effect can be obtained by perturbing “hole size”, “hole depth”, or both.

図67に示された例では、格子定数(a1,a2)を有する長方格子のy軸方向に周期的に配置される摂動状態形成用格子点12P1・12P2・12P3…に対して、屈折率変調の摂動を加えている。 In the example shown in FIG. 67, perturbation state forming lattice points 12P 1 , 12P 2 , 12P 3 ... Periodically arranged in the y-axis direction of a rectangular lattice having lattice constants (a 1 , a 2 ). On the other hand, a perturbation of refractive index modulation is added.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振状態形成用格子点12Aの格子型としては、正方格子、長方格子、面心長方格子、三角格子などを適用可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a square lattice, a rectangular lattice, a face-centered rectangular lattice, a triangular lattice, or the like can be applied as the lattice type of the resonance state forming lattice point 12A. It is.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニック結晶層12に周期構造を形成する共振状態形成用格子点12Aに対して摂動を加えることによって、様々なバンド端発振を実現可能である。例えば、正方格子および長方格子では、Γ点・X点・M点発振、面心長方格子および三角格子では、Γ点・X点・J点発振を実現可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, various band edges are obtained by perturbing the resonance state forming lattice points 12A that form the periodic structure in the photonic crystal layer 12. Oscillation can be realized. For example, Γ point / X point / M point oscillation can be realized in a square lattice and a rectangular lattice, and Γ point / X point / J point oscillation can be realized in a face centered rectangular lattice and a triangular lattice.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図67に示すように、基板24と、基板24上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備える。ここで、第1クラッド層10はp型半導体層、第2クラッド層16はn型半導体層で形成されていても良く、あるいは導電性を反対にしても良い。   As shown in FIG. 67, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment includes a substrate 24, a first cladding layer 10 disposed on the substrate 24, and a first cladding layer 10. The second clad layer 16 disposed, and the active layer 14 sandwiched between the first clad layer 10 and the second clad layer 16 are provided. Here, the first cladding layer 10 may be a p-type semiconductor layer, and the second cladding layer 16 may be an n-type semiconductor layer, or the conductivity may be reversed.

更に、実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図67に示すように、第2クラッド層16上に配置されたコンタクト層18と、コンタクト層18上の面発光領域に配置され、レーザ光を取り出すためのウィンドウ層20と、ウィンドウ層20上に配置された窓状の上部電極22と、基板24の裏面に配置された下部電極26とを備える。   Furthermore, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the embodiment is disposed in a contact layer 18 disposed on the second cladding layer 16 and a surface emitting region on the contact layer 18 as shown in FIG. , A window layer 20 for extracting laser light, a window-like upper electrode 22 disposed on the window layer 20, and a lower electrode 26 disposed on the back surface of the substrate 24.

フォトニック結晶層12は、図67に示すように、第1クラッド層10と第2クラッド層16との間に、活性層14の面垂直方向に活性層14に隣接して配置されていても良い。ここで、活性層14は、例えば、多重量子井戸(MQW)層で形成されていても良い。   As shown in FIG. 67, the photonic crystal layer 12 may be disposed between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16 and adjacent to the active layer 14 in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. good. Here, the active layer 14 may be formed of, for example, a multiple quantum well (MQW) layer.

また、フォトニック結晶層12は、図67に示すように、第1クラッド層10と活性層14との間に配置されていても良い。   The photonic crystal layer 12 may be disposed between the first cladding layer 10 and the active layer 14 as shown in FIG.

更に、活性層14とフォトニック結晶層12との間には、図67に示すように、キャリアブロック層13を備え、MQW層からなる活性層14内にキャリアを有効に取り込みかつ活性層14からフォトニック結晶層12へのキャリアの流入をブロックしても良い。   Further, as shown in FIG. 67, a carrier block layer 13 is provided between the active layer 14 and the photonic crystal layer 12, and carriers are effectively taken into the active layer 14 composed of the MQW layer and from the active layer 14. The inflow of carriers into the photonic crystal layer 12 may be blocked.

また、フォトニック結晶層12は、第2クラッド層16と活性層14との間に配置されていても良い。   The photonic crystal layer 12 may be disposed between the second cladding layer 16 and the active layer 14.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの材料系としては、例えば、以下のものを適用可能である。すなわち、例えば、波長1.3μm〜1.5μmでは、GaInAsP/InP系、波長900nmの赤外光では、InGaAs/GaAs系、波長800nm〜900の赤外光/近赤外光では、GaAlAs/GaAs系若しくはGaInNAs/GaAs系、波長1.3μm〜1.67μmでは、GaAlInAs/InP系、波長0.65μmでは、AlGaInP/GaAs系、青色光では、GaInN/GaN系などを適用可能である。   As a material system of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, for example, the following can be applied. That is, for example, at a wavelength of 1.3 μm to 1.5 μm, a GaInAsP / InP system, an infrared light with a wavelength of 900 nm is an InGaAs / GaAs system, and an infrared light / near infrared light with a wavelength of 800 nm to 900 is GaAlAs / GaAs. GaAlInAs / GaAs system, GaAlInAs / InP system for wavelengths of 1.3 μm to 1.67 μm, AlGaInP / GaAs system for wavelengths of 0.65 μm, GaInN / GaN system for blue light, etc. are applicable.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに適用される2次元フォトニック結晶層12の長方格子の実空間は、図68(a)に示すように表され、図68(a)の実空間のフーリエ変換に対応する波数空間は、図68(b)に示すように表される。長方格子の格子定数は、図68(a)に示すように、(a1,a2)で表され、逆格子定数は、図68(b)に示すように、(b1,b2)で表される。逆格子点における回折ベクトルkdは、図68(b)に示すように表される。 The real space of the rectangular lattice of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment is expressed as shown in FIG. The wave number space corresponding to the Fourier transform of the real space in (a) is expressed as shown in FIG. The lattice constant of the rectangular lattice is represented by (a 1 , a 2 ) as shown in FIG. 68 (a), and the reciprocal lattice constant is (b 1 , b 2 ) as shown in FIG. 68 (b). ). The diffraction vector k d at the reciprocal lattice point is expressed as shown in FIG.

(面発光の原理)
2次元フォトニック結晶層12が長方格子の格子点を有する場合を例として、2次元フォトニック結晶面発光レーザの面発光の原理を説明する。
(Principle of surface light emission)
The principle of surface emission of a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser will be described by taking as an example the case where the two-dimensional photonic crystal layer 12 has lattice points of a rectangular lattice.

2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の長方格子の面内共振状態の実空間における説明図は、図69(a)に示すように表され、図69(a)に対応する波数空間における説明図は、図69(b)に示すように表される。ここで、図69(a)に示す例では、長方格子の一辺a2が媒質内波長λの1/2に等しい。図69(a)に示された面内共振状態においては、波数ベクトルkf↑は、図69(b)に示すように表される。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, an explanatory diagram in real space of the in-plane resonance state of the rectangular lattice of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is expressed as shown in FIG. ) In the wave number space is represented as shown in FIG. 69 (b). Here, in the example shown in FIG. 69A, one side a 2 of the rectangular lattice is equal to ½ of the in-medium wavelength λ. In the in-plane resonance state shown in FIG. 69 (a), the wave vector k f ↑ is expressed as shown in FIG. 69 (b).

図69に対応した面内共振状態において、上方向(z軸方向)への回折動作の波数空間kx−kyにおける説明図は、図70(a)に示すように表され、図70(a)に対応する波数空間kz−kyにおける説明図は、図70(b)に示すように表される。波数ベクトルkf↑と回折ベクトルkd↑は、波数空間kx−kyでは、図70(a)に示すように、差分|kf−kd|を有し、この差分に対応して、波数空間ky−kz面上、z軸からビーム出射角度θだけ傾いたベクトルku↑方向に面発光レーザ光を出射することができる。 In-plane resonance state corresponding to FIG. 69, illustrating the wave number space k x -k y diffraction operation in the upward direction (z-axis direction) is expressed as shown in FIG. 70 (a), FIG. 70 ( illustration in wavenumber space k z -k y corresponding to a) is expressed as shown in FIG. 70 (b). Wave vector k f ↑ the diffraction vector k d ↑ is the wave number space k x -k y, as shown in FIG. 70 (a), the difference | k f -k d | has, in correspondence with the difference The surface emitting laser light can be emitted in the vector k u ↑ direction inclined by the beam emission angle θ from the z axis on the wave number space k y -k z plane.

(比較例)
比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12A(正方格子)の実空間配置例は、図71(a)に示すように表され、2次元フォトニック結晶層12の光取り出し用格子点12Cの実空間配置例は、図71(b)に示すように表される。さらに、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aと光取り出し用格子点12Cを結合した実空間配置例は、図71(c)に示すように表される。
(Comparative example)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, an example of the real space arrangement of the resonance state forming lattice points 12A (square lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is shown in FIG. 71 (a). An example of the real space arrangement of the light extraction lattice points 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is expressed as shown in FIG. Furthermore, an example of real space arrangement in which the resonance state forming lattice points 12A and the light extraction lattice points 12C of the two-dimensional photonic crystal layer 12 are coupled is expressed as shown in FIG. 71 (c).

また、図71(a)に対応する波数空間は、図71(d)に示すように表され、図71(c)に対応する波数空間は、図71(e)に示すように表される。   The wave number space corresponding to FIG. 71 (a) is represented as shown in FIG. 71 (d), and the wave number space corresponding to FIG. 71 (c) is represented as shown in FIG. 71 (e). .

光取り出し用格子点12Cは、共振状態形成用格子点12Aと同一面内に配置され、共振状態形成用格子点12Aの基本構造と異なる周期の構造を有する。   The light extraction lattice point 12C is disposed in the same plane as the resonance state forming lattice point 12A, and has a structure with a different period from the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A.

2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの誘電率をε0.a(r↑)、光取り出し用格子点12Cの誘電率をε1.a’(r↑)とすると、共振状態形成用格子点12Aと光取り出し用格子点12Cを結合した誘電率ε(r↑)は、

ε(r↑)=ε0.a(r↑)+ε1.a’(r↑) (6)

で表される。また、誘電率ε(r↑)は、周期構造を有するため、

εa(r↑)=εa(r↑+a↑) (7)

で表される。ここで、|a↑|は、格子定数に関係した周期を表す。
When the dielectric constant of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is ε 0.a (r ↑) and the dielectric constant of the light extraction lattice point 12C is ε 1.a ′ (r ↑), The dielectric constant ε (r ↑) obtained by coupling the resonance state forming lattice point 12A and the light extraction lattice point 12C is

ε (r ↑) = ε 0.a (r ↑) + ε 1.a ′ (r ↑) (6)

It is represented by In addition, since the dielectric constant ε (r ↑) has a periodic structure,

ε a (r ↑) = ε a (r ↑ + a ↑) (7)

It is represented by Here, | a ↑ | represents a period related to the lattice constant.

比較例では、X点共振器など、共振状態形成用格子点12Aと、光取り出し用格子点12Cが別々の格子として用いられ、光取り出し用格子点12Cが、共振状態形成に大きく影響する。たとえば、光取り出し用格子点12Cが導入されることによって、不要な散乱や、意図しない共振モードなどが発生する。   In the comparative example, the resonance state forming lattice point 12A and the light extraction lattice point 12C, such as an X point resonator, are used as separate lattices, and the light extraction lattice point 12C greatly affects the formation of the resonance state. For example, by introducing the light extraction lattice point 12C, unnecessary scattering or an unintended resonance mode occurs.

(摂動の導入)
そこで、第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、光取り出し用格子を用いずに、光を取り出す手法として、共振状態形成用格子点12Aに摂動を加えている。摂動の導入は、新たに別の格子を重ねる構造に比べると、明らかに、共振状態形成に対する影響は少ない。
(Introduction of perturbation)
Therefore, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation is applied to the resonance state forming lattice point 12A as a method of extracting light without using the light extracting lattice. Obviously, the introduction of the perturbation has little influence on the formation of the resonance state compared to a structure in which another lattice is newly stacked.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子)12Aの実空間配置例は、図72(a)に示すように表され、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子)12Aにy軸方向に正弦波関数の摂動を加える様子を説明する概念図は、図72(b)に示すように表される。また、共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に正弦波関数の孔形状(孔径)変調の摂動を加える様子を説明する概念図は、図72(c)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, an example of the real space arrangement of the resonance state forming lattice points (rectangular lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is shown in FIG. FIG. 72 is a conceptual diagram illustrating a state in which a perturbation of a sinusoidal function is applied to the resonance state forming lattice point (rectangular lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 in the y-axis direction. It is expressed as shown in b). Further, a conceptual diagram for explaining the perturbation of the hole shape (hole diameter) modulation of the sine wave function in the y-axis direction in the resonance state forming lattice point (rectangular lattice) is shown in FIG. 72 (c). Is done.

また、図72(a)の実空間のフーリエ変換に対応する波数空間は、図73(a)に示すように表され、図72(b)の実空間のフーリエ変換に対応する波数空間は、図73(b)に示すように表される。波数ベクトルkf↑、回折ベクトルkd↑は、図73(a)および図73(b)に示す通りである。 Further, the wave number space corresponding to the Fourier transform of the real space in FIG. 72 (a) is represented as shown in FIG. 73 (a), and the wave number space corresponding to the Fourier transform of the real space in FIG. It is expressed as shown in FIG. The wave vector k f ↑ and the diffraction vector k d ↑ are as shown in FIGS. 73 (a) and 73 (b).

2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの誘電率ε0.a(r↑)に対して、共振状態形成用格子点12Aに正弦波関数の摂動を加えた摂動項の誘電率は、ε1(r↑)sin(k↑・r↑)で表すことができる。 The dielectric of a perturbation term obtained by adding a perturbation of a sinusoidal function to the resonance state forming lattice point 12A with respect to the dielectric constant ε 0.a (r ↑) of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. The rate can be expressed as ε 1 (r ↑) sin (k d ↑ · r ↑).

したがって、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造に正弦波関数の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの誘電率ε(r↑)は、

ε(r↑)=ε0,a(r↑)+ε1,a(r↑)sin(k↑・r↑) (8)

で表される。さらに一般化すると、

ε(r↑)=ε0,a(r↑)+Σεi,a(r↑)sin(kd,i↑・r↑) (8a)

で表される。(8a)式からも明らかなように、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造に任意の方向に正弦波関数の複数の摂動を加えた場合には、重ね合わせが成立する。
Therefore, the dielectric constant ε (r ↑) of the lattice point 12P for perturbation state formation obtained by adding the perturbation of the sinusoidal function to the basic structure of the lattice point 12A for resonance state formation of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is

ε (r ↑) = ε 0, a (r ↑) + ε 1, a (r ↑) sin (k d ↑ · r ↑) (8)

It is represented by To further generalize,

ε (r ↑) = ε 0, a (r ↑) + Σ i ε i, a (r ↑) sin (k d, i ↑ · r ↑) (8a)

It is represented by As is apparent from the equation (8a), when a plurality of perturbations of a sinusoidal function are added to the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 in an arbitrary direction, Is established.

比較例では、X点共振器など、共振状態形成用格子点12Aと、光取り出し用格子点12Cが別々の格子として用いられたが、第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aに摂動を導入することによって、簡単な構造で面発光レーザを実現することができる。2種類の格子点を用いる比較例に対して、1種類の共振状態形成用格子点12Aのみであるため、作製も簡便になる。   In the comparative example, the resonance state forming lattice point 12A and the light extraction lattice point 12C, such as an X point resonator, are used as separate lattices, but the two-dimensional photonic crystal surface light emission according to the ninth embodiment is used. In the laser, a surface emitting laser can be realized with a simple structure by introducing a perturbation to the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. Compared to the comparative example using two types of lattice points, only one type of resonance state forming lattice point 12A is provided, and therefore, the manufacture is also simplified.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、2次元フォトニック結晶層12の結晶格子として、周期構造を形成する共振状態形成用格子点12Aの屈折率、大きさ、或いは深さに、摂動が加わった構造を備えるため、より簡便に作製可能であるとともに、安定な共振状態が形成できる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, as the crystal lattice of the two-dimensional photonic crystal layer 12, the refractive index, size, and size of the resonance state forming lattice point 12A that forms a periodic structure, Alternatively, since a structure in which perturbation is added to the depth is provided, the structure can be more easily manufactured and a stable resonance state can be formed.

(屈折率変調)
第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子)12Aに正弦波関数の屈折率変調の摂動を加える様子を説明する実空間配置例は、図74に示すように表される。図74においては、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直方向に正弦波関数の周期的な屈折率変調の摂動が加えられている。例えば、配列ラインPL1上には屈折率n1の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P1が配置される。同様に、配列ラインPL2上には屈折率n2の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P2が配置され、配列ラインPL3上には屈折率n3の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P3が配置されている。
(Refractive index modulation)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation of the refractive index modulation of a sinusoidal function is applied to the resonance state forming lattice point (rectangular lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. An example of a real space arrangement for explaining the situation is represented as shown in FIG. In FIG. 74, a periodic refractive index modulation perturbation of a sinusoidal function is applied to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 . For example, a perturbation state forming lattice point 12P 1 to which a perturbation of the refractive index n1 is added is arranged on the array line PL 1 . Similarly, arranged on the line PL 2 is disposed perturbed form lattice points 12P 2 perturbations is applied having a refractive index of n2, perturbed formation perturbation is applied to the refractive index n3 is formed on alignment line PL 3 A grid point 12P 3 is arranged.

屈折率nの2乗が誘電率εに対応するため、図74に示された例では、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直方向の繰り返し方向に周期的な誘電率変調の摂動が加えられていることになる。 Since the square of the refractive index n corresponds to the dielectric constant ε, in the example shown in FIG. 74, the dielectric constant is periodically modulated in the repetition direction perpendicular to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 . The perturbation of is added.

2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの誘電率ε0.a(r↑)に対して、共振状態形成用格子点12Aに正弦波関数の摂動を加えた摂動項の誘電率は、ε1,a(r↑)sin(k↑・r↑)で表すことができる。 The dielectric of a perturbation term obtained by adding a perturbation of a sinusoidal function to the resonance state forming lattice point 12A with respect to the dielectric constant ε 0.a (r ↑) of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. The rate can be expressed as ε 1, a (r ↑) sin (k d ↑ · r ↑).

したがって、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造に正弦波関数の周期的な屈折率変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの誘電率εa (r↑)は、

εa (r↑)=ε0,a(r↑)+ε1,a(r↑)sin(k↑・r↑) (9)

で表される。(9)式におけるベクトルr↑は、図74の例では、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直方向のベクトルに対応する。
Therefore, the dielectric constant ε a (perturbation state forming lattice point 12P obtained by adding a periodic refractive index modulation perturbation of a sinusoidal function to the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. r ↑)

ε a (r ↑) = ε 0, a (r ↑) + ε 1, a (r ↑) sin (k d ↑ · r ↑) (9)

It is represented by In the example of FIG. 74, the vector r ↑ in the equation (9) corresponds to a vector in the vertical direction with respect to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 .

(孔形状(孔径)変調)
第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子)12Aに正弦波関数の孔形状(孔径)変調の摂動を加える様子を説明する実空間配置例は、図75に示すように表される。図75においては、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直方向に正弦波関数の周期的な孔形状(孔径)変調の摂動が加えられている。例えば、配列ラインPL1上には孔径D1の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P1が配置される。同様に、配列ラインPL2上には孔径D2の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P2が配置され、配列ラインPL3上には孔径D3の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P3が配置されている。
(Pole shape (hole diameter) modulation)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a hole shape (hole diameter) modulation of a sinusoidal function is applied to a resonance state forming lattice point (rectangular lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. An example of a real space arrangement for explaining how the perturbation is applied is expressed as shown in FIG. In FIG. 75, a periodic hole shape (hole diameter) modulation perturbation of a sine wave function is applied to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 . For example, the perturbation state forming lattice point 12P 1 to which the perturbation of the hole diameter D1 is added is arranged on the array line PL 1 . Similarly, sequence line on PL 2 is arranged perturbed form lattice points 12P 2 perturbations were added a pore size D2, perturbed forming lattice perturbation is applied with a pore diameter D3 is on alignment line PL 3 Point 12P 3 is arranged.

2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの孔径d0.a(r↑)に対して、共振状態形成用格子点12Aに正弦波関数の摂動を加えた摂動項の孔径は、d1,a(r↑)sin(k↑・r↑)で表すことができる。 The hole diameter of the perturbation term obtained by adding a perturbation of a sinusoidal function to the resonance state forming lattice point 12A with respect to the hole diameter d 0.a (r ↑) of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is , D 1, a (r ↑) sin (k d ↑ · r ↑).

したがって、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造に正弦波関数の周期的な孔形状(孔径)変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの孔径da(r↑)は、

a(r↑)=d0,a(r↑)+d1,a(r↑)sin(k↑・r↑) (10)

で表される。(10)式におけるベクトルr↑は、図75の例では、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直方向のベクトルに対応する。
Therefore, the hole diameter d a of the perturbation state forming lattice point 12P obtained by adding a perturbation of periodic hole shape (hole diameter) modulation of a sinusoidal function to the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. (R ↑)

d a (r ↑) = d 0, a (r ↑) + d 1, a (r ↑) sin (k d ↑ · r ↑) (10)

It is represented by In the example of FIG. 75, the vector r ↑ in the equation (10) corresponds to a vector in the vertical direction with respect to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 .

(孔の深さ変調)
第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子)12Aに孔の深さ変調の摂動を加える様子を説明する実空間配置例は、図76に示すように表される。図76においては、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直方向に正弦波関数の周期的な孔の深さ変調の摂動が加えられている。例えば、配列ラインPL1上には深さH1の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P1が配置される。同様に、配列ラインPL2上には深さH2の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P2が配置され、配列ラインPL3上には深さH3の摂動が加えられた摂動状態形成用格子点12P3が配置されている。
(Depth depth modulation)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation of hole depth modulation is applied to a resonance state forming lattice point (rectangular lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 A real space arrangement example to be described is represented as shown in FIG. In FIG. 76, periodic hole depth modulation perturbation of a sinusoidal function is applied to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 . For example, a perturbation state forming lattice point 12P 1 to which a perturbation of depth H1 is added is arranged on the array line PL 1 . Similarly, sequence line perturbation depth H2 is on PL 2 is disposed perturbed form lattice points 12P 2 made, perturbed formation perturbation is applied in sequence line PL 3 deep on top of H3 A grid point 12P 3 is arranged.

2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの深さh0.a(r↑)に対して、共振状態形成用格子点12Aに正弦波関数の摂動を加えた摂動項の深さは、h1,a(r↑)sin(k↑・r↑)で表すことができる。 The depth of the perturbation term obtained by adding a perturbation of a sinusoidal function to the resonance state forming lattice point 12A with respect to the depth h 0.a (r ↑) of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. The height can be expressed by h 1, a (r ↑) sin (k d ↑ · r ↑).

したがって、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造に正弦波関数の周期的な深さ変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの深さha(r↑)は、

a(r↑)=h0,a(r↑)+h1,a(r↑)sin(k↑・r↑) (11)

で表される。
Accordingly, the depth h a (r of the perturbation state forming lattice point 12P obtained by adding a periodic depth modulation perturbation of a sinusoidal function to the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. ↑)

h a (r ↑) = h 0, a (r ↑) + h 1, a (r ↑) sin (k d ↑ · r ↑) (11)

It is represented by

(孔径dの摂動:長方格子X点)
第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子X点)12Aにy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた実空間配置例は、図77に示すように表され、図77のフーリエ変換に対応する波数空間は、図78に示すように表される。
(Perturbation of pore diameter d: rectangular lattice X point)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a hole shape (hole diameter) in the y-axis direction is formed at a resonance state forming lattice point (rectangular lattice X point) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. A real space arrangement example to which modulation perturbation is added is expressed as shown in FIG. 77, and the wave number space corresponding to the Fourier transform of FIG. 77 is expressed as shown in FIG.

(10)式を参照して、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの孔径d0に対して、共振状態形成用格子点12Aに正弦波関数の摂動を加えた摂動項は、d1sin(k ↑・r↑)で表すことができる。 Referring to the equation (10), a perturbation term obtained by adding a perturbation of a sinusoidal function to the resonance state forming lattice point 12A with respect to the hole diameter d 0 of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. Can be expressed by d 1 sin (k d ' ↑ · r ↑).

すなわち、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造にy軸方向に正弦波関数の周期的な孔形状(孔径)変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの孔径dは、(10)式を参照して、

d=d0+d1sin(k ↑・r↑) (12)

で表される。また、k ↑・r↑は、

↑・r↑=(kd x ,kd y )(max,may)
=(0,by/2・s)(max,may)=πns (13)

で表される。ここで、axx=ayy=2πであり、次式が成立する。すなわち、

d=d0+d1sin(πns) (14)

したがって、媒質内のビーム出射角度をθdとして摂動項の正弦波関数sinθdは、

sinθd=Δk/k=(ayc -1−ay -1)/ay -1=ay/ayc−1=s−1 (15)

ここで、ここで、sを摂動係数と呼ぶことにする。
That is, a perturbation state forming lattice point 12P obtained by adding a perturbation of periodic hole shape (hole diameter) modulation of a sinusoidal function in the y-axis direction to the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. The hole diameter d of is referred to the equation (10),

d = d 0 + d 1 sin (k d ' ↑ · r ↑) (12)

It is represented by In addition, k d ' ↑ ・ r ↑

k d '↑ · r ↑ = (k dx', k dy ') (ma x, ma y)
= (0, b y / 2 · s) (ma x, ma y) = πns (13)

It is represented by Here, a x b x = a y b y = 2π, and the following equation is established. That is,

d = d 0 + d 1 sin (πns) (14)

Thus, sinusoidal function sin [theta d perturbation terms the beam emission angle of the medium as theta d is

sin θ d = Δk / k = (a yc −1 −a y −1 ) / a y −1 = a y / a yc −1 = s−1 (15)

Here, s is referred to as a perturbation coefficient.

摂動係数sは、y軸方向の格子定数ayとy軸方向の変調分(by/2・s)に対応する格子定数aycとの比(ay/ayc)で表される。 The perturbation coefficient s is expressed as a ratio (a y / a yc ) between the lattice constant a y in the y-axis direction and the lattice constant a yc corresponding to the modulation amount (b y / 2 · s) in the y-axis direction.

媒質内の屈折率をnd、大気中のビーム出射角度をθairとすると、媒質内の屈折率ndと摂動項の正弦波関数sinθdとの積は、大気中の正弦波関数をsinθairに等しい。すなわち、次式が成立する。 Assuming that the refractive index in the medium is n d and the beam emission angle in the atmosphere is θ air , the product of the refractive index n d in the medium and the sinusoidal function sinθ d of the perturbation term is sinθ function in the atmosphere. Equal to air . That is, the following equation is established.


d sinθd=sinθair (16)

θair=sin-1(nd sinθd)=sin-1(nd (s−1)) (17)

また、第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子X点)12Aにy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の格子定数(ax、ay)、孔径d1、摂動係数s(=ay/ayc)、およびビーム出射角度θの数値計算結果は、図79に示すように表される。格子定数(ax,ay)は、(270nm,280nm)であり、基本格子の孔径d0は70nm、変調振幅d1は4nmとしている。サンプル1は、摂動係数s=0.96の例であり、ビーム出射角度θ・2θは、7.6°・15.2°である。サンプル2は、摂動係数s=0.98の例であり、ビーム出射角度θ・2θは、3.8°・7.6°である。サンプル3は、摂動係数s=0.96および0.98の例であり、ビーム出射角度θ・2θは、7.6°・15.2°および3.8°・7.6°である。ここで、ビーム出射角度θは、図70(b)に示されたように、y−z平面上でz軸から測ったビーム出射角度で定義される。第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12から実際に放射される面発光レーザビームは、y−z平面上でz軸から測ったビーム出射角度θのプラス/マイナス方向の2θの範囲になる。

n d sinθ d = sinθ air (16)

θ air = sin −1 (n d sin θ d ) = sin −1 (n d (s−1)) (17)

In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a hole shape in the y-axis direction is formed in the resonance state forming lattice point (rectangular lattice X point) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 ( lattice constant (a x when adding perturbation pore size) modulation, a y), a pore diameter d 1, perturbation factor s (= a y / a yc ), and the numerical results of the beam output angle θ is, FIG. 79 Represented as shown. The lattice constants (a x , a y ) are (270 nm, 280 nm), the pore diameter d 0 of the basic lattice is 70 nm, and the modulation amplitude d 1 is 4 nm. Sample 1 is an example in which the perturbation coefficient s = 0.96, and the beam emission angle θ · 2θ is 7.6 ° · 15.2 °. Sample 2 is an example with a perturbation coefficient s = 0.98, and the beam emission angle θ · 2θ is 3.8 ° · 7.6 °. Sample 3 is an example with perturbation coefficients s = 0.96 and 0.98, and the beam emission angles θ · 2θ are 7.6 ° · 15.2 ° and 3.8 ° · 7.6 °. Here, the beam emission angle θ is defined by a beam emission angle measured from the z-axis on the yz plane, as shown in FIG. In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the surface emitting laser beam actually emitted from the two-dimensional photonic crystal layer 12 is a beam emission measured from the z axis on the yz plane. The range is 2θ in the plus / minus direction of the angle θ.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子X点)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の実験結果であって、摂動係数s=0.96の時のFFPとビーム出射角度2θは、図80(a)に示すように表され、摂動係数s=0.98の時のFFPとビーム出射角度2θは、図80(b)に示すように表され、摂動係数s=0.98および0.96の時のFFPとビーム出射角度2θは、図80(c)に示すように表される。図80(a)・図80(b)・図80(c)の結果は、それぞれ図79のサンプル1・サンプル2・サンプル3に対応している。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the hole shape (hole diameter) is modulated in the y-axis direction at the resonance state forming lattice point (rectangular lattice X point) of the two-dimensional photonic crystal layer. FIG. 80 (a) shows the FFP and the beam exit angle 2θ when the perturbation coefficient is s = 0.96, and the perturbation coefficient s = 0.98. The FFP at the time and the beam emission angle 2θ are expressed as shown in FIG. 80B, and the FFP and the beam emission angle 2θ at the time of the perturbation coefficient s = 0.98 and 0.96 are shown in FIG. Represented as shown. The results of FIGS. 80A, 80B, and 80C correspond to Sample 1, Sample 2, and Sample 3 of FIG. 79, respectively.

図80(a)に示すように、図79のサンプル1に対応したFFPは、ビーム出射角度2θ=15.8°に2本現れている。   As shown in FIG. 80A, two FFPs corresponding to the sample 1 in FIG. 79 appear at the beam emission angle 2θ = 15.8 °.

図80(b)に示すように、図79のサンプル2に対応したFFPは、ビーム出射角度2θ=7.7°に2本現れている。   As shown in FIG. 80B, two FFPs corresponding to the sample 2 in FIG. 79 appear at the beam emission angle 2θ = 7.7 °.

図80(c)に示すように、図79のサンプル3に対応したFFPは、ビーム出射角度2θ=7.6°および15.4°に合計4本現れている。   As shown in FIG. 80 (c), a total of four FFPs corresponding to the sample 3 in FIG. 79 appear at the beam emission angles 2θ = 7.6 ° and 15.4 °.

すなわち、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造にy軸方向に正弦波関数の周期的な孔形状(孔径)変調の摂動項d1sin(πns1)およびd2sin(πns)を加えた摂動状態形成用格子点12Pの孔径dは、(14)式を参照して、

d=d0+d1sin(πns1)+d2sin(πns) (18)

で表される。ここで、s1およびs2は、図79のサンプル3に対応した2つの摂動係数である。第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造にy軸方向に複数の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの孔径dは、重ね合わせが成立する。
That is, the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 has a perturbation term d 1 sin (πns 1 ) and d of periodic hole shape (hole diameter) modulation of a sinusoidal function in the y-axis direction. The hole diameter d of the perturbation state forming lattice point 12P to which 2 sin (πns 2 ) is added is expressed by referring to the equation (14).

d = d 0 + d 1 sin (πns 1 ) + d 2 sin (πns 2 ) (18)

It is represented by Here, s 1 and s 2 are two perturbation coefficients corresponding to the sample 3 in FIG. In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the perturbation state is formed by adding a plurality of perturbations in the y-axis direction to the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 The hole diameter d of the lattice point 12P for use is superposed.

同様に、第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの基本構造に任意の複数の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pに対しても、その任意の複数の摂動項の重ね合わせが成立する。   Similarly, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation state obtained by adding a plurality of perturbations to the basic structure of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 The superposition of the arbitrary plurality of perturbation terms is also established for the forming lattice point 12P.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子)12Aにy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの実空間配置例は、図81に示すように表される。図81においては、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直なy軸方向に正弦波関数の周期的な孔形状(孔径)変調の摂動が加えられている。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the hole shape (hole diameter) modulation in the y-axis direction is applied to the resonance state forming lattice point (rectangular lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. An example of a real space arrangement of the perturbation state forming lattice points 12P to which perturbation is added is expressed as shown in FIG. In FIG. 81, a perturbation of periodic hole shape (hole diameter) modulation of a sine wave function is applied in the y-axis direction perpendicular to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 .

例えば、配列ラインPL1上に配置される摂動状態形成用格子点12P1の孔径dは、

d=100+10sin(0.96π×0)=100 (19)

で表される。同様に、配列ラインPL2上に配置される摂動状態形成用格子点12P2の孔径dは、

d=100+10sin(0.96π×1)=101.25 (20)

で表される。同様に、配列ラインPL3上に配置される摂動状態形成用格子点12P3の孔径dは、

d=100+10sin(0.96π×2)=97.51 (21)

で表される。
For example, the hole diameter d of the perturbation state forming lattice point 12P 1 arranged on the array line PL 1 is:

d = 100 + 10sin (0.96π × 0) = 100 (19)

It is represented by Similarly, the hole diameter d of the perturbation state forming lattice point 12P 2 arranged on the array line PL 2 is:

d = 100 + 10sin (0.96π × 1) = 101.25 (20)

It is represented by Similarly, the hole diameter d of the perturbation state forming lattice point 12P 3 arranged on the array line PL 3 is:

d = 100 + 10sin (0.96π × 2) = 97.51 (21)

It is represented by

また、大気中のビーム出射角度θairは、

θair=sin-1(nd sinθd)=sin-1(nd (s−1))
=sin-1(3.3 (0.96−1))=7.6° (22)

が得られる。
The beam emission angle θ air in the atmosphere is

θ air = sin -1 (n d sinθ d) = sin -1 (n d (s-1))
= Sin −1 (3.3 (0.96-1)) = 7.6 ° (22)

Is obtained.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(面心長方格子)12Aにy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の実空間配置例は、図82に示すように表される。図82においては、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直なy軸方向に正弦波関数の周期的な孔形状(孔径)変調の摂動が加えられている。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a hole shape (hole diameter) in the y-axis direction is formed in a resonance state forming lattice point (face-centered rectangular lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12. An example of the real space arrangement when modulation perturbation is applied is shown in FIG. In FIG. 82, a perturbation of periodic hole shape (hole diameter) modulation of a sinusoidal function is applied in the y-axis direction perpendicular to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 .

例えば、配列ラインPL1上に配置される摂動状態形成用格子点12P1の孔径dは、(19)式と同様に表され、配列ラインPL2上に配置される摂動状態形成用格子点12P2の孔径dは、(20)式と同様に表され、配列ラインPL3上に配置される摂動状態形成用格子点12P3の孔径dは、(21)式と同様に表される。 For example, the hole diameter d of the perturbation state forming lattice point 12P 1 disposed on the array line PL 1 is expressed in the same manner as the equation (19), and the perturbation state forming lattice point 12P disposed on the array line PL 2. The hole diameter d of 2 is expressed in the same manner as in the equation (20), and the hole diameter d of the perturbation state forming lattice points 12P 3 arranged on the array line PL 3 is expressed in the same manner as in the equation (21).

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(正方格子)12Aにy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた場合の実空間配置例は、図83に示すように表される。図83においては、配列ラインPL1・PL2・PL3…に対して垂直なy軸方向に正弦波関数の周期的な孔形状(孔径)変調の摂動が加えられている。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the perturbation of the hole shape (hole diameter) modulation in the y-axis direction is applied to the resonance state forming lattice point (square lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer. An example of real space arrangement when added is shown in FIG. 83, a perturbation of periodic hole shape (hole diameter) modulation of a sinusoidal function is applied in the y-axis direction perpendicular to the array lines PL 1 , PL 2 , PL 3 .

例えば、配列ラインPL1上に配置される摂動状態形成用格子点12P1の孔径dは、(19)式と同様に表され、配列ラインPL2上に配置される摂動状態形成用格子点12P2の孔径dは、(20)式と同様に表され、配列ラインPL3上に配置される摂動状態形成用格子点12P3の孔径dは、(21)式と同様に表される。 For example, the hole diameter d of the perturbation state forming lattice point 12P 1 disposed on the array line PL 1 is expressed in the same manner as the equation (19), and the perturbation state forming lattice point 12P disposed on the array line PL 2. The hole diameter d of 2 is expressed in the same manner as in the equation (20), and the hole diameter d of the perturbation state forming lattice points 12P 3 arranged on the array line PL 3 is expressed in the same manner as in the equation (21).

(出射方向とFFP)
比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、例えば、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(正方格子Γ点)のFFPは、模式的に図84に示すように表される。すなわち、x−y−z三次元空間において、基板10上に配置された2次元フォトニック結晶層12の面垂直なz軸方向からビーム拡がり角度θ0のFFPが得られる。ここで、FFPは、ビーム拡がり角度θ0が約1°程度の2次元的に小さい形状である。これは、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(正方格子Γ点)の2次元大面積発振からの面垂直方向取り出しにより原理的に生じる結果である。
(Outgoing direction and FFP)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, for example, the FFP of the resonance state forming lattice point (square lattice Γ point) of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is schematically represented as shown in FIG. Is done. That is, an FFP having a beam divergence angle θ 0 is obtained from the z-axis direction perpendicular to the surface of the two-dimensional photonic crystal layer 12 disposed on the substrate 10 in the xyz three-dimensional space. Here, the FFP is a two-dimensionally small shape with a beam divergence angle θ 0 of about 1 °. This is a result that arises in principle by taking out the resonance state forming lattice point (square lattice Γ point) of the two-dimensional photonic crystal layer 12 from the two-dimensional large-area oscillation in the direction perpendicular to the plane.

比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子Γ点)のFFPは、模式的に図85に示すように表される。すなわち、x−y−z三次元空間において、基板10上に配置された2次元フォトニック結晶層12の面垂直なz軸方向からビーム拡がり角度θ0のFFPが得られる。ここで、FFPは、ビーム拡がり角度θ0が約5°〜約20°程度のy軸方向のストライプ若しくは長円形状である。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, the FFP of the resonance state forming lattice point (rectangular lattice Γ point) of the two-dimensional photonic crystal layer is schematically represented as shown in FIG. . That is, an FFP having a beam divergence angle θ 0 is obtained from the z-axis direction perpendicular to the surface of the two-dimensional photonic crystal layer 12 disposed on the substrate 10 in the xyz three-dimensional space. Here, the FFP is a stripe or oval shape in the y-axis direction with a beam divergence angle θ 0 of about 5 ° to about 20 °.

比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(正方格子M点)12Aに光取り出し用格子点12Cを重ねた場合(図71に示された例)のFFPは、模式的に図86に示すように表される。すなわち、x−y−z三次元空間において、基板10上に配置された2次元フォトニック結晶層12の面垂直なz軸方向からビーム出射角度θ11のFFPが得られる。ここで、ビーム出射角度θ11は、0°〜90°まで自由自在である。また、出射ビームは、拡がり角度2θ0の拡がり幅を有するが、角度θ0が約1°程度であるため、x−y平面に平行な面Pz上において示されるように、拡がり幅は2次元的に小さい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, the light extraction lattice point 12C is superimposed on the resonance state forming lattice point (square lattice M point) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 (FIG. 71). The FFP of the example shown is schematically represented as shown in FIG. That is, an FFP with a beam emission angle θ 11 is obtained from the z-axis direction perpendicular to the surface of the two-dimensional photonic crystal layer 12 disposed on the substrate 10 in the xyz three-dimensional space. Here, the beam emission angle θ 11 is freely set between 0 ° and 90 °. The outgoing beam has a spread width of a spread angle 2θ 0 , but since the angle θ 0 is about 1 °, the spread width is 2 as shown on the plane P z parallel to the xy plane. Dimensionally small.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子X点)にy軸方向に摂動を加えた場合のFFPは、模式的に図87に示すように表される。すなわち、x−y−z三次元空間において、基板10上に配置された2次元フォトニック結晶層12の面垂直なz軸方向からビーム出射角度θ22のFFPが得られる。ビーム出射角度θ22は、0°〜90°まで自由自在である。また、出射ビームは、拡がり角度2θ3の拡がり幅を有するが、角度θ3が約5°〜約20°程度であるため、x−y平面に平行な面Pz上において示されるように、拡がり幅は、図86に示された比較例に比べ、相対的に大きい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, when a perturbation is applied in the y-axis direction to the resonance state forming lattice point (rectangular lattice X point) of the two-dimensional photonic crystal layer 12 The FFP is schematically represented as shown in FIG. That is, an FFP with a beam emission angle θ 22 is obtained from the z-axis direction perpendicular to the surface of the two-dimensional photonic crystal layer 12 disposed on the substrate 10 in the xyz three-dimensional space. The beam emission angle θ 22 can be freely set between 0 ° and 90 °. Further, the outgoing beam has a spread width of a spread angle 2θ 3 , but the angle θ 3 is about 5 ° to about 20 °, and therefore, as shown on the plane P z parallel to the xy plane, The spread width is relatively larger than that of the comparative example shown in FIG.

(孔の深さ変調の構造例)
第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に孔の深さ変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面パターン構成は、図88(a)に示すように表される。
(Structure example of hole depth modulation)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation of hole depth modulation is applied to the lattice point (rectangular lattice) for forming the resonance state of the two-dimensional photonic crystal layer in the y-axis direction. A schematic planar pattern configuration of the perturbation state forming lattice points 12P is expressed as shown in FIG.

また、図88(a)のVIII−VIII線に沿う模式的断面構造は、図89(a)に示すように表され、図88のIX−IX線に沿う模式的断面構造は、図89(b)に示すように表され、図88のX−X線に沿う模式的断面構造は、図89(c)に示すように表される。   Also, a schematic cross-sectional structure taken along line VIII-VIII in FIG. 88 (a) is represented as shown in FIG. 89 (a), and a schematic cross-sectional structure taken along line IX-IX in FIG. The schematic cross-sectional structure expressed as shown in b) and taken along line XX in FIG. 88 is expressed as shown in FIG.

図88および図89に示すように、共振状態形成用格子点の孔の深さh0に対して、摂動状態形成用格子点12P1の孔の深さはH1で表され、摂動状態形成用格子点12P2の孔の深さはH2表され、摂動状態形成用格子点12P3の孔の深さはH3で表される。 As shown in FIG. 88 and FIG. 89, the hole depth of the perturbation state forming lattice point 12P 1 is represented by H1 with respect to the hole depth h 0 of the resonance state forming lattice point. The depth of the hole at the lattice point 12P 2 is represented by H2, and the depth of the hole at the lattice point 12P 3 for forming the perturbation state is represented by H3.

(屈折率変調の構造例)
第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に屈折率変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面パターン構成は、図90(a)に示すように表される。
(Structural example of refractive index modulation)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a perturbation in which a perturbation of refractive index modulation is added in the y-axis direction to a resonance state forming lattice point (rectangular lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer A schematic planar pattern configuration of the state forming lattice points 12P is expressed as shown in FIG.

また、図90のXI−XI線に沿うx軸方向の屈折率分布例は、図91(a)に示すように表され、図90のXII−XII線に沿うx軸方向の屈折率分布例は、図91(b)に示すように表され、図90のXIII−XIII線に沿うx軸方向の屈折率分布例は、図91(c)に示すように表される。   Also, an example of the refractive index distribution in the x-axis direction along the line XI-XI in FIG. 90 is expressed as shown in FIG. 91A, and an example of the refractive index distribution in the x-axis direction along the line XII-XII in FIG. Is represented as shown in FIG. 91 (b), and an example of the refractive index distribution in the x-axis direction along the line XIII-XIII in FIG. 90 is represented as shown in FIG. 91 (c).

図90および図91に示すように、2次元フォトニック結晶層12の媒質内の屈折率n0に対して、摂動状態形成用格子点12P1の屈折率はn1で表され、摂動状態形成用格子点12P2の屈折率はn2で表され、摂動状態形成用格子点12P3の屈折率はn3で表される。 As shown in FIGS. 90 and 91, the refractive index of the perturbation state forming lattice point 12P 1 is represented by n 1 with respect to the refractive index n 0 in the medium of the two-dimensional photonic crystal layer 12, and the perturbation state formation is performed. The refractive index of the lattice point 12P 2 for use is represented by n 2 , and the refractive index of the perturbation state forming lattice point 12P 3 is represented by n 3 .

(孔形状(孔径)変調の構造例)
第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子)にy軸方向に孔形状(孔径)変調の摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面パターン構成は、図92に示すように表される。
(Example of structure of hole shape (hole diameter) modulation)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, perturbation of the hole shape (hole diameter) modulation in the y-axis direction at the resonance state forming lattice point (rectangular lattice) of the two-dimensional photonic crystal layer 12 A schematic planar pattern configuration of the perturbation state forming lattice points 12P to which is added is expressed as shown in FIG.

また、図92のXIV−XIV線に沿う模式的断面構造は、図93(a)に示すように表され、図92のXV−XV線に沿う模式的断面構造は、図93(b)に示すように表され、図92のXVI−XVI線に沿う模式的断面構造は、図93(c)に示すように表される。   A schematic cross-sectional structure taken along line XIV-XIV in FIG. 92 is represented as shown in FIG. 93 (a), and a schematic cross-sectional structure taken along line XV-XV in FIG. 92 is shown in FIG. 93 (b). A schematic cross-sectional structure taken along line XVI-XVI of FIG. 92 is represented as shown in FIG.

図92および図93に示すように、2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点(長方格子)12Aの孔形状(孔径)d0に対して、摂動状態形成用格子点12P1の孔径はD1で表され、摂動状態形成用格子点12P2の孔径はD2で表され、摂動状態形成用格子点12P3の孔径はD3で表される。 As shown in FIGS. 92 and 93, a perturbation state forming lattice point 12P 1 with respect to the hole shape (hole diameter) d 0 of the resonance state forming lattice point (rectangular lattice) 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is shown. is a pore diameter is represented by D1, the diameter of perturbed forming grid points 12P 2 is represented by D2, the diameter of perturbed forming lattice points 12P 3 is represented by D3.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの模式的平面構成(正方格子配置例)は、図94(a)に示すように表され、2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数[単位:c/a]と波数ベクトルの関係は、図94(b)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, a schematic plane configuration of the resonance state forming lattice points 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the Γ-point oscillation (square lattice arrangement example) ) Is expressed as a band structure of a two-dimensional photonic crystal as shown in FIG. 94 (a), and the relationship between the normalized frequency [unit: c / a] and the wave vector is shown in FIG. 94 (b). Represented as shown.

フォトニックバンド構造において、傾きが0となる部分をバンド端と呼ぶ。バンド端においては、光の群速度が0となり、定在波が形成されるため、フォトニック結晶が光の共振器として機能する。   In the photonic band structure, a portion where the inclination is 0 is called a band edge. At the band edge, the group velocity of light becomes 0 and a standing wave is formed, so that the photonic crystal functions as a light resonator.

フォトニック結晶層12において、共振状態形成用格子点12Aに摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pによって、フォトニック結晶層12の面垂直方向への回折に適用される。   The photonic crystal layer 12 is applied to diffraction in the direction perpendicular to the surface of the photonic crystal layer 12 by a perturbation state forming lattice point 12P obtained by perturbing the resonance state forming lattice point 12A.

第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニックバンド構造のM点バンド端における発振を用いる場合、フォトニック結晶の周期構造は、発振のための共振状態形成の機能しか持っていないが、共振状態形成用格子点12Aに摂動を加えた摂動状態形成用格子点12Pを設けることにより、光を取り出すことができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, when the oscillation at the M-point band edge of the photonic band structure is used, the periodic structure of the photonic crystal has a function of forming a resonance state for oscillation. However, light can be extracted by providing the perturbation state forming lattice point 12P obtained by adding perturbation to the resonance state forming lattice point 12A.

しかも、第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、大面積で安定な単一モードで動作可能である。すなわち、第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニック結晶層12に形成された共振状態形成用格子点12A・摂動状態形成用格子点12Pによって電磁界分布が規定されているため、大面積でも単一モードを維持可能である。このため、例えば、W級の出力光をレンズを介して小さい1点に集光するなどの加工が容易である。   Moreover, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment can operate in a large area and a stable single mode. That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment, the electromagnetic field distribution is generated by the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P formed in the photonic crystal layer 12. Since it is defined, a single mode can be maintained even in a large area. For this reason, for example, processing such as focusing W-class output light on a small point via a lens is easy.

例えば、図67において、フォトニック結晶層12のサイズは、例えば、約700μm×約700μmである。   For example, in FIG. 67, the size of the photonic crystal layer 12 is, for example, about 700 μm × about 700 μm.

また、近視野像(NFP:Near Field Pattern)の例では、約100μm角程度の大面積発振から約数100μm角程度の超大面積発振も実現可能である。発振スペクトルは、例えば、波長約950nmの常温連続発振を半値全幅(FWHM)が約0.16nm程度で得られている。また、単一モードで、2.7Wの光出力を1kHz−50nsのパルス駆動で得られている。   Further, in the example of a near field image (NFP), a large area oscillation of about 100 μm square to an ultra large area oscillation of about several hundred μm square can be realized. The oscillation spectrum is obtained, for example, at room temperature continuous oscillation at a wavelength of about 950 nm with a full width at half maximum (FWHM) of about 0.16 nm. Further, in a single mode, a light output of 2.7 W is obtained by pulse driving of 1 kHz-50 ns.

共振状態形成用格子点12Aは、例えば、光の周期程度のピッチで配置可能である。例えば、空孔が、空気で満たされるとすると、空気/半導体のピッチは、光通信帯で、約400nm程度の周期に配置可能であり、青色光では、約230nm程度の周期に配置可能である。   For example, the resonance state forming lattice points 12A can be arranged at a pitch of about the period of light. For example, if the holes are filled with air, the air / semiconductor pitch can be arranged in a period of about 400 nm in the optical communication band, and can be arranged in a period of about 230 nm in blue light. .

また、試作されている共振状態形成用格子点12Aの直径・深さは、例えば、約120nm・115nm程度であり、ピッチは、例えば、約286nm程度である。尚、これらの数値例は、基板10および活性層14を構成する材料系、2次元フォトニック結晶層12の材料系および媒質内波長などによって適宜変更可能である。   In addition, the diameter and depth of the resonant state forming lattice point 12A that has been experimentally manufactured are approximately 120 nm and 115 nm, for example, and the pitch is approximately 286 nm, for example. These numerical examples can be appropriately changed depending on the material system constituting the substrate 10 and the active layer 14, the material system of the two-dimensional photonic crystal layer 12, the wavelength in the medium, and the like.

例えば、GaAs/AlGaAs系材料を適用した第9の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、2次元フォトニック結晶層12の媒質内波長λとしては、約200nm〜約300nm程度であり、出力光波長は、約900nm〜約915nm程度である。   For example, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the ninth embodiment to which a GaAs / AlGaAs-based material is applied, the in-medium wavelength λ of the two-dimensional photonic crystal layer 12 is about 200 nm to about 300 nm. The output light wavelength is about 900 nm to about 915 nm.

尚、摂動状態形成用格子点12Pを屈折率変調する場合、例えば、屈折率の異なる半導体層で充填しても良い。例えば、GaAs層に対して組成比xを変調したAlxGa1-xAs層を充填して形成しても良い。例えば、2次元フォトニック結晶層12を融着する製造工程において、摂動状態形成用格子点12Pの空孔形状が変形する場合には、屈折率の異なる半導体層で充填することがこのような変形を回避する上で有効である。 In addition, when the refractive index modulation is performed on the perturbation state forming lattice points 12P, for example, semiconductor layers having different refractive indexes may be filled. For example, the GaAs layer may be formed by filling an Al x Ga 1-x As layer in which the composition ratio x is modulated. For example, in the manufacturing process in which the two-dimensional photonic crystal layer 12 is fused, when the hole shape of the perturbation state forming lattice point 12P is deformed, filling with a semiconductor layer having a different refractive index may cause such deformation. It is effective in avoiding.

第9の実施の形態によれば、簡易な構造で安定した発振を維持しつつ、レーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the ninth embodiment, there is provided a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam emission angle, beam divergence angle, and shape of a laser beam while maintaining stable oscillation with a simple structure. be able to.

[第10の実施の形態]
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザの模式的鳥瞰構造は、図67と同様に表される。
[Tenth embodiment]
A schematic bird's-eye view structure of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment is expressed in the same manner as FIG.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、フォトニック結晶層12と、フォトニック結晶層12内に周期的に配置され、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造のバンド端における光波を、フォトニック結晶層12の面内で回折させる共振状態形成用格子点12Aと、フォトニック結晶層12内に周期的に配置され、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造のバンド端における光波を、フォトニック結晶層12の面内で回折させると共にフォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点12Pとを備える。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment is arranged in the photonic crystal layer 12 and the photonic crystal layer 12 periodically, and has a photonic band structure band. Resonance state forming lattice points 12A for diffracting the light wave at the end in the plane of the photonic crystal layer 12 and the photonic crystal layer 12 of the photonic crystal layer 12 periodically arranged in the photonic crystal layer 12 A perturbation state forming lattice point 12P that diffracts the light wave at the end in the plane of the photonic crystal layer 12 and diffracts the light wave in the plane perpendicular to the photonic crystal layer 12 is provided.

ここで、共振状態形成用格子点12Aの一部には、光波を、フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるための摂動が加えられている。すなわち、摂動状態形成用格子点12Pは、光波を、フォトニック結晶層12の面垂直方向に回折させるための摂動が共振状態形成用格子点12Aの一部に加えられて形成されている。   Here, a perturbation for diffracting the light wave in the direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer 12 is applied to a part of the resonance state forming lattice point 12A. That is, the perturbation state forming lattice point 12P is formed by adding a perturbation for diffracting a light wave in the direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer 12 to a part of the resonance state forming lattice point 12A.

摂動が加えられた共振状態形成用格子点12Aは、摂動状態形成用格子点12Pで表される。摂動状態形成用格子点12Pは、フォトニック結晶層12内に配置されている。   The resonance state forming lattice point 12A to which the perturbation is applied is represented by a perturbation state forming lattice point 12P. The perturbation state forming lattice point 12 </ b> P is disposed in the photonic crystal layer 12.

また、摂動状態形成用格子点に加えられている摂動は、周期的変調である。周期的変調は、屈折率変調であっても良く、孔の大きさ変調であっても良く、孔の深さ変調であっても良い。さらに、周期的変調は、孔の深さ変調および孔の深さ変調であっても良い。   The perturbation applied to the perturbation state forming lattice point is periodic modulation. The periodic modulation may be refractive index modulation, hole size modulation, or hole depth modulation. Further, the periodic modulation may be hole depth modulation and hole depth modulation.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、共振状態形成用格子点12Aの格子型としては、正方格子、長方格子、面心長方格子、三角格子などを適用可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, a square lattice, a rectangular lattice, a face-centered rectangular lattice, a triangular lattice, or the like can be applied as the lattice type of the resonance state forming lattice point 12A. It is.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、フォトニック結晶層12に周期構造を形成する共振状態形成用格子点12Aに対して摂動を加えることによって、様々なバンド端発振を実現可能である。例えば、正方格子および長方格子では、Γ点・X点・M点発振、面心長方格子および三角格子では、Γ点・X点・J点発振を実現可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, various band edges can be obtained by perturbing the resonance state forming lattice points 12A forming the periodic structure in the photonic crystal layer 12. Oscillation can be realized. For example, Γ point / X point / M point oscillation can be realized in a square lattice and a rectangular lattice, and Γ point / X point / J point oscillation can be realized in a face centered rectangular lattice and a triangular lattice.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図67と同様に、基板24と、基板24上に配置された第1クラッド層10と、第1クラッド層10上に配置された第2クラッド層16と、第1クラッド層10と第2クラッド層16に挟まれた活性層14とを備える。ここで、第1クラッド層10はp型半導体層、第2クラッド層16はn型半導体層で形成されていても良く、あるいは導電性を反対にしても良い。   As in FIG. 67, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment is disposed on the substrate 24, the first cladding layer 10 disposed on the substrate 24, and the first cladding layer 10. And the active layer 14 sandwiched between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16. Here, the first cladding layer 10 may be a p-type semiconductor layer, and the second cladding layer 16 may be an n-type semiconductor layer, or the conductivity may be reversed.

更に、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、図67と同様に、第2クラッド層16上に配置されたコンタクト層18と、コンタクト層18上の面発光領域に配置され、レーザ光を取り出すためのウィンドウ層20と、ウィンドウ層20上に配置された窓状の上部電極22と、基板24の裏面に配置された下部電極26とを備える。   Further, the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment is similar to FIG. 67 in that the contact layer 18 disposed on the second cladding layer 16 and the surface emitting region on the contact layer 18 are formed. A window layer 20 that is disposed and for extracting laser light, a window-shaped upper electrode 22 disposed on the window layer 20, and a lower electrode 26 disposed on the back surface of the substrate 24 are provided.

フォトニック結晶層12は、図67と同様に、第1クラッド層10と第2クラッド層16との間に、活性層14の面垂直方向に活性層14に隣接して配置されていても良い。ここで、活性層14は、例えば、MQW層で形成されていても良い。   As in FIG. 67, the photonic crystal layer 12 may be disposed between the first cladding layer 10 and the second cladding layer 16 and adjacent to the active layer 14 in the direction perpendicular to the surface of the active layer 14. . Here, the active layer 14 may be formed of, for example, an MQW layer.

また、フォトニック結晶層12は、図67と同様に、第1クラッド層10と活性層14との間に配置されていても良い。   Further, the photonic crystal layer 12 may be disposed between the first cladding layer 10 and the active layer 14 as in FIG.

更に、活性層14とフォトニック結晶層12との間には、図67に示すように、キャリアブロック層13を備え、MQW層からなる活性層14内にキャリアを有効に取り込みかつ活性層14からフォトニック結晶層12へのキャリアの流入をブロックしても良い。   Further, as shown in FIG. 67, a carrier block layer 13 is provided between the active layer 14 and the photonic crystal layer 12, and carriers are effectively taken into the active layer 14 composed of the MQW layer and from the active layer 14. The inflow of carriers into the photonic crystal layer 12 may be blocked.

また、フォトニック結晶層12は、第2クラッド層16と活性層14との間に配置されていても良い。   The photonic crystal layer 12 may be disposed between the second cladding layer 16 and the active layer 14.

(M点発振:正方格子)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面構成は、図95(a)に示すように表される。また、図95(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数ベクトルの関係は、図95(b)に示すように表される。
(M point oscillation: square lattice)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, schematic diagrams of the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation The target plane configuration is expressed as shown in FIG. FIG. 95B shows the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 95A, and the relationship between the normalized frequency and the wave number vector is expressed as shown in FIG.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるM点バンド端(図95(b)のQ領域近傍)における光波を回折する共振状態形成用格子点12Aは、図95(a)に示すように、正方格子に配置され、摂動状態形成用格子点12Pは、正方格子の格子定数の2倍の格子定数を有する面心正方格子に配置され、かつ摂動状態形成用格子点12Pの対角線方向のピッチは、フォトニック結晶層12の媒質内波長λに等しい。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, a resonance that diffracts a light wave at the M-point band edge (near the Q region in FIG. 95B) in the photonic band structure of the photonic crystal layer 12 As shown in FIG. 95A, state forming lattice points 12A are arranged in a square lattice, and perturbed state forming lattice points 12P are face-centered square lattices having a lattice constant twice that of the square lattice. The diagonal pitch of the perturbation state forming lattice points 12P is equal to the in-medium wavelength λ of the photonic crystal layer 12.

(X点発振:正方格子)
フォトニックバンド構造のX点のバンド端における発振では、フォトニック結晶の周期構造は、発振のための光増幅の機能しか持っていないが、この周期構造と同一面内に、光を回折させるための周期構造(摂動状態形成)を設けることにより、光を取り出すことができる。
(X point oscillation: square lattice)
In the oscillation at the band edge of the X point of the photonic band structure, the periodic structure of the photonic crystal has only an optical amplification function for oscillation, but in order to diffract light in the same plane as this periodic structure. By providing the periodic structure (perturbation state formation), light can be extracted.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面構成は、図96(a)に示すように、正方格子に配置される。また、図96(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数ベクトルの関係は、図96(b)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, schematic diagrams of the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X point oscillation The target plane configuration is arranged in a square lattice as shown in FIG. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 96 (a), and the relationship between the normalized frequency and the wave number vector is expressed as shown in FIG. 96 (b).

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図96(b)のR領域近傍)における光波を回折する共振状態形成用格子点12Aは、図96(a)に示すように、第1正方格子に配置され、摂動状態形成用格子点12Pは、第1正方格子の格子定数の2倍の格子定数を有する第2正方格子に配置され、かつ摂動状態形成用格子点12Pの格子定数は、フォトニック結晶層の媒質内波長λに等しい。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, resonance that diffracts a light wave at the X-point band edge (near the R region in FIG. 96B) in the photonic band structure of the photonic crystal layer 12 As shown in FIG. 96A, the state forming lattice point 12A is arranged in the first square lattice, and the perturbation state forming lattice point 12P has a lattice constant that is twice the lattice constant of the first square lattice. The lattice constant of the lattice point 12P for forming the perturbation state arranged in the second square lattice is equal to the in-medium wavelength λ of the photonic crystal layer.

(X点発振:三角格子)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面構成は、図97(a)に示すように、三角格子に配置される。また、図97(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数ベクトルの関係は、図97(b)に示すように表される。
(X point oscillation: triangular lattice)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, schematic diagrams of the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X point oscillation The target plane configuration is arranged in a triangular lattice as shown in FIG. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 97 (a), and the relationship between the normalized frequency and the wave number vector is expressed as shown in FIG. 97 (b).

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図97(b)のR領域近傍)における光波を回折する共振状態形成用格子点12Aは、図97(a)に示すように、第1三角格子に配置され、摂動状態形成用格子点12Pは、第1三角格子のピッチの2倍のピッチの第2三角格子に配置され、かつ第2三角格子の平面視の高さは、フォトニック結晶層12の媒質内波長λに等しい。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, resonance that diffracts a light wave at the X-point band edge (near the R region in FIG. 97B) in the photonic band structure of the photonic crystal layer 12 As shown in FIG. 97A, the state forming lattice points 12A are arranged in the first triangular lattice, and the perturbation state forming lattice points 12P are the second triangles having a pitch twice the pitch of the first triangular lattice. The height in plan view of the second triangular lattice disposed on the lattice is equal to the in-medium wavelength λ of the photonic crystal layer 12.

(J点発振:三角格子)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニックバンド構造のJ点のバンド端における発振では、フォトニック結晶の周期構造は、発振のための光増幅の機能しか持っていないが、この周期構造と同一面内に、光を回折させるための周期構造(摂動状態形成)を設けることにより、光を取り出すことができる。
(J point oscillation: triangular lattice)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, in the oscillation at the band edge of the point J of the photonic band structure, the periodic structure of the photonic crystal has only an optical amplification function for oscillation. However, light can be extracted by providing a periodic structure (perturbation state formation) for diffracting light in the same plane as this periodic structure.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、J点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pは、図98(a)に示すように、三角格子に配置される。また、図98(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数ベクトルの関係は、図98(b)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the resonance state forming lattice point 12A and the perturbation state forming lattice point 12P of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the J point oscillation are as follows: As shown in FIG. 98 (a), they are arranged in a triangular lattice. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 98 (a), and the relationship between the normalized frequency and the wave number vector is expressed as shown in FIG. 98 (b).

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるJ点バンド端(図98(b)のS領域近傍)における光波を回折する共振状態形成用格子点12Aは、図98(a)に示すように、第1三角格子に配置され、摂動状態形成用格子点12Pは、第1三角格子のピッチの3倍のピッチの面心三角格子に配置され、かつ面心三角格子の一辺は、フォトニック結晶層12の媒質内波長λの2倍に等しい。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, resonance that diffracts a light wave at the J-point band edge (near the S region in FIG. 98B) in the photonic band structure of the photonic crystal layer 12 As shown in FIG. 98A, the state forming lattice points 12A are arranged in the first triangular lattice, and the perturbation state forming lattice points 12P are face-centered triangles having a pitch three times the pitch of the first triangular lattice. One side of the face-centered triangular lattice arranged in the lattice is equal to twice the in-medium wavelength λ of the photonic crystal layer 12.

(X点発振:長方格子)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点および摂動状態形成用格子点の模式的平面構成は、図99(a)に示すように、長方格子(a1>a2の例)に配置される。また、図99(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数ベクトルの関係は、図99(b)に示すよう表される。
(X point oscillation: rectangular lattice)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, a schematic plan configuration of a resonance state forming lattice point and a perturbation state forming lattice point of a two-dimensional photonic crystal layer applied to X-point oscillation Are arranged in a rectangular lattice (example of a 1 > a 2 ) as shown in FIG. Moreover, it is a band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 99A, and the relationship between the normalized frequency and the wave number vector is expressed as shown in FIG. 99B.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図99(b)のR領域近傍)における光波を回折する共振状態形成用格子点12Aは、図99(a)に示すように、格子定数a1およびa2を有する第1の長方格子に配置され、摂動状態形成用格子点12Pは、第1の長方格子とは別の第2の長方格子に配置される。ここで、第2の長方格子の格子定数は、第1の長方格子の格子定数a1およびa2により定義されるアスペクト比r=a1/a2(r≠1)に対して、媒質内波長λのr倍および媒質内波長λに等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, resonance that diffracts a light wave at the X-point band edge (near the R region in FIG. 99B) in the photonic band structure of the photonic crystal layer 12 As shown in FIG. 99A, the state forming lattice point 12A is arranged in a first rectangular lattice having lattice constants a 1 and a 2 , and the perturbation state forming lattice point 12P has a first length. They are arranged in a second rectangular lattice different from the rectangular lattice. Here, the lattice constant of the second rectangular lattice is equal to the aspect ratio r = a 1 / a 2 (r ≠ 1) defined by the lattice constants a 1 and a 2 of the first rectangular lattice. It is equal to r times the medium wavelength λ and the medium wavelength λ.

(X点発振:菱形格子)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面構成は、図100(a)に示すように、菱形格子に配置される。また、図100(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数ベクトルの関係は、図100(b)に示すように表される。
(X point oscillation: rhombus lattice)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, schematic diagrams of the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X point oscillation The target plane configuration is arranged in a rhombus lattice as shown in FIG. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 100A, and the relationship between the normalized frequency and the wave number vector is expressed as shown in FIG.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図100(b)のR領域近傍)における光波を回折する共振状態形成用格子点12Aは、図100(a)に示すように、格子定数a1およびa2を有する面心長方格子に配置され、摂動状態形成用格子点12Pは、長方格子に配置される。ここで、長方格子の格子定数は、面心長方格子の格子定数a1およびa2により定義されるアスペクト比r=a1/a2(r≠1)に対して、媒質内波長λのr倍および媒質内波長λに等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, a resonance that diffracts a light wave at the X-point band edge (near the R region in FIG. 100B) in the photonic band structure of the photonic crystal layer 12 As shown in FIG. 100A, state forming lattice points 12A are arranged in a face-centered rectangular lattice having lattice constants a 1 and a 2 , and perturbed state forming lattice points 12P are arranged in a rectangular lattice. Is done. Here, the lattice constant of the rectangular lattice is the in-medium wavelength λ with respect to the aspect ratio r = a 1 / a 2 (r ≠ 1) defined by the lattice constants a 1 and a 2 of the face-centered rectangular lattice. Is equal to r times and the in-medium wavelength λ.

(X点発振:長方格子)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pの模式的平面構成は、図101(a)に示すように、長方格子(a1<a2の例)に配置される。また、図101(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数との関係は、図101(b)に示すように表される。
(X point oscillation: rectangular lattice)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X point oscillation are schematically shown. The planar configuration is arranged in a rectangular lattice (example of a 1 <a 2 ) as shown in FIG. Moreover, it is the band structure of the two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 101A, and the relationship between the normalized frequency and the wave number is expressed as shown in FIG.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図101(b)のR領域近傍)における光波を回折する共振状態形成用格子点12Aは、図101(a)に示すように、格子定数a1およびa2を有する第1の長方格子に配置され、摂動状態形成用格子点12Pは、第1の長方格子とは別の第2の長方格子に配置される。ここで、第2の長方格子のx方向およびy方向の格子定数は、第1の長方格子のx方向およびy方向の格子定数a1およびa2に対して、a1および媒質内波長λ(=2a2)に等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, resonance that diffracts a light wave at the X-point band end (near the R region in FIG. 101B) in the photonic band structure of the photonic crystal layer 12 As shown in FIG. 101A, the state forming lattice point 12A is arranged in a first rectangular lattice having lattice constants a 1 and a 2 , and the perturbation state forming lattice point 12P has a first length. They are arranged in a second rectangular lattice different from the rectangular lattice. Here, the lattice constants in the x and y directions of the second rectangular lattice are a 1 and the wavelength in the medium with respect to the lattice constants a 1 and a 2 in the x and y directions of the first rectangular lattice. It is equal to λ (= 2a 2 ).

(X点発振:菱形格子)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aの模式的平面構成は、図102(a)に示すように、菱形格子に配置される。また、図102(a)に対応する2次元フォトニック結晶のバンド構造であって、規格化周波数と波数の関係は、図102(b)に示すように表される。
(X point oscillation: rhombus lattice)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the schematic plan configuration of the resonance state forming lattice point 12A of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation is shown in FIG. As shown to a), it arrange | positions at a rhombus lattice. Further, it is a band structure of a two-dimensional photonic crystal corresponding to FIG. 102A, and the relationship between the normalized frequency and the wave number is expressed as shown in FIG.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端(図102(b)のR領域近傍)における光波を回折する共振状態形成用格子点12Aは、図102(a)に示すように、格子定数a1およびa2を有する菱形格子に配置され、摂動状態形成用格子点12Pは、長方格子に配置される。ここで、長方格子の格子定数は、菱形格子の格子定数a1およびa2に対して、媒質内波長λa1および媒質内波長λに等しい。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, resonance that diffracts a light wave at the X-point band edge (near the R region in FIG. 102B) in the photonic band structure of the photonic crystal layer 12 As shown in FIG. 102A, the state forming lattice points 12A are arranged in a rhombus lattice having lattice constants a 1 and a 2 , and the perturbation state forming lattice points 12P are arranged in a rectangular lattice. Here, the lattice constant of the rectangular lattice is equal to the in-medium wavelength λa 1 and the in-medium wavelength λ with respect to the lattice constants a 1 and a 2 of the rhombus lattice.

その他の構成は、第9の実施の形態と同様である。   Other configurations are the same as those of the ninth embodiment.

第10の実施の形態によれば、簡易な構造で安定した発振を維持しつつ、レーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   According to the tenth embodiment, a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam emission angle, beam divergence angle, and shape of a laser beam while maintaining stable oscillation with a simple structure is provided. be able to.

(ビーム拡がり角度の制御:共振器領域RPと摂動状態形成領域PP)
共振器領域RPとは、フォトニック結晶層12において共振状態形成用格子点12Aが配置される領域であり、摂動状態形成領域PPとは、フォトニック結晶層12において摂動状態形成用格子点12Pが配置される領域である。
(Control of beam divergence angle: resonator region RP and perturbation state formation region PP)
The resonator region RP is a region where the resonance state forming lattice points 12A are arranged in the photonic crystal layer 12, and the perturbation state forming region PP is the perturbation state forming lattice points 12P in the photonic crystal layer 12. This is the area to be placed.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、摂動状態形成領域PPの幅A、ビーム拡がり角度θ0、およびビーム拡がり領域30の関係は、模式的に図11(a)、図11(b)および図11(c)と同様に表される。すなわち、摂動状態形成領域PP1の幅A1、ビーム拡がり角度θa、およびビーム拡がり領域301の例は図11(a)と同様に表され、摂動状態形成領域PP2の幅A2、ビーム拡がり角度θb、およびビーム拡がり領域302の例は図11(b)と同様に表され、摂動状態形成領域PP3の幅A3、ビーム拡がり角度θc、およびビーム拡がり領域303の例は図11(c)と同様に表される。ここで、図11(a)、図11(b)および図11(c)におけるビーム拡がり角度θ1、θ2、θ3をθa、θb、θcとしている。また、摂動状態形成領域の幅の大小関係は、A1<A2<A3であり、摂動状態形成領域PP1の大きさは相対的に小さく、摂動状態形成領域PP3の大きさは相対的に大きい。また、ビーム拡がり領域301・302・303を規定するビーム拡がり角度の大小関係は、θa>θb>θcが成立している。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the relationship among the width A of the perturbation state formation region PP, the beam expansion angle θ 0 , and the beam expansion region 30 is schematically shown in FIG. 11 (b) and FIG. 11 (c). That is, examples of the width A 1 of the perturbation state formation region PP 1 , the beam expansion angle θ a , and the beam expansion region 30 1 are represented in the same manner as in FIG. 11A, and the width A 2 of the perturbation state formation region PP 2 examples of beam spread angle theta b, and the beam divergence region 30 2 is represented in the same manner as FIG. 11 (b), the width a 3 perturbation state formation region PP 3, the beam divergence angle theta c, and beam spread region 30 3 An example is expressed similarly to FIG. Here, the beam divergence angles θ 1 , θ 2 , and θ 3 in FIGS. 11A, 11B, and 11C are set to θ a , θ b , and θ c . Further, the width relationship of the perturbation state formation region is A 1 <A 2 <A 3 , the size of the perturbation state formation region PP 1 is relatively small, and the size of the perturbation state formation region PP 3 is relative. It ’s big. Further, the relationship between the beam divergence angles that define the beam divergence regions 30 1 , 30 2, and 30 3 is such that θ a > θ b > θ c .

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、図11(a)・図11(b)・図11(c)に対応する共振器領域RPの大小関係は、図12(a)と同様に表され、ビーム拡がり角度の大小関係は、図12(b)と同様に表される。すなわち、共振器領域RPの大きさが大きい程、ビーム拡がり角度は小さくなる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the magnitude relationship of the resonator region RP corresponding to FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. It is expressed in the same manner as in a), and the magnitude relationship between the beam divergence angles is expressed in the same manner as in FIG. In other words, the larger the size of the resonator region RP, the smaller the beam divergence angle.

比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、正方格子Γ点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPの大きさの関係を示す図であって、RP1の例は図13(a)と同様に表され、RP2の例は図13(b)と同様に表され、RP3の例は図13(c)と同様に表される。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, it is a diagram showing the relationship of the size of the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to square lattice Γ point oscillation, and is an example of RP 1 Is represented in the same manner as in FIG. 13A, an example of RP 2 is represented in the same manner as in FIG. 13B, and an example of RP 3 is represented in the same manner as in FIG.

一方、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層の共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP大きさの関係を示す図であって、RP1、PP1の例は図14(a)と同様に表され、RP2、PP2の例は図14(b)と同様に示すように表され、RP3、PP3の例は図14(c)と同様に示すように表される。 On the other hand, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the relationship between the size of the resonator region RP and the perturbation state formation region PP of the two-dimensional photonic crystal layer applied to the X-point oscillation is shown. In the figure, examples of RP 1 and PP 1 are represented as shown in FIG. 14A, examples of RP 2 and PP 2 are represented as shown in FIG. 14B, and RP 3 , PP 1 The example of 3 is expressed as shown in FIG.

2次元フォトニック結晶面発光レーザの発振には、ある一定以上の共振器の領域が必要である。そのため比較例に係る正方格子Γ点発振の場合、ビーム拡がり角度θ0を大きくしようとすると、発振に必要な共振器領域RPAが確保できない。すなわち、比較例に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、正方格子Γ点発振を利用するため、共振器領域RPのサイズがそのまま摂動状態形成領域PPのサイズに等しいため、ビーム拡がり角度θ0を大きくしようとして、共振器領域RPのサイズを縮小化すると、図12(a)に示すように、共振器領域RPの大小関係において、RP<RPAの範囲では、発振に必要な共振器領域RPAが確保できないため、発振することができなくなる。 To oscillate a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, a resonator region of a certain level or more is required. For square lattice Γ point oscillation of the comparative example therefore, an attempt to increase the beam divergence angle theta 0, can not be ensured that the resonator region RP A required oscillation. That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the comparative example, since the square lattice Γ point oscillation is used, the size of the resonator region RP is directly equal to the size of the perturbation state formation region PP. When the size of the resonator region RP is reduced in order to increase 0 , as shown in FIG. 12A, the resonator required for oscillation is within the range of RP <RP A in the size relationship of the resonator region RP. since the region RP A can not be secured, it is impossible to oscillate.

(摂動状態形成と共振器の配置関係)
第10の実施の形態の変形例5に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP内における共振状態形成用格子点12A・摂動状態形成用格子点12Pの配置例は、図103に示すように表される。
(Perturbation state formation and resonator arrangement)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the fifth modification of the tenth embodiment, resonance in the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation An arrangement example of the state forming lattice point 12A and the perturbation state forming lattice point 12P is expressed as shown in FIG.

また、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12に共振状態形成用格子点12Aを配置した例は、図104(a)に示すように表される。ここで、媒質内波長λは、2a2に等しい。また、同一のフォトニック結晶層12に共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pを配置した例は、図104(b)に示すように表される。 Further, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, an example in which the resonance state forming lattice points 12A are arranged in the photonic crystal layer 12 is expressed as shown in FIG. The Here, the in-medium wavelength λ is equal to 2a 2 . An example in which the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P are arranged in the same photonic crystal layer 12 is expressed as shown in FIG.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、摂動状態形成用格子点12Pと共振状態形成用格子点12Aの配置関係は、自由に設定可能である。なお、摂動状態形成用格子点12Pと共振状態形成用格子点12Aの配置関係によっては、LD特性(出力、閾値など)が変化する。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the arrangement relationship between the perturbation state forming lattice point 12P and the resonance state forming lattice point 12A can be freely set. The LD characteristics (output, threshold, etc.) vary depending on the arrangement relationship between the perturbation state forming lattice point 12P and the resonance state forming lattice point 12A.

図103および図104の例は、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の例であって、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザに対応している。   The example of FIGS. 103 and 104 is an example of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation, and corresponds to the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment. .

(摂動状態形成領域PPによるビーム拡がり角度制御)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPと摂動状態形成領域PPの大きさがほぼ等しい場合のNFPは、図105(a)に示すように表され、摂動状態形成領域PPからのビーム拡がり領域30は、図105(b)に示すように表され、図105(a)に対応する共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pを配置例は、図105(c)に示すように表される。図105(c)に示された例では、摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点12Aに対してy軸方向に摂動が加えられ、摂動状態形成用格子点12P1・12P2・12P3が形成されている。
(Beam divergence angle control by perturbation state formation region PP)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, when the sizes of the resonator region RP and the perturbation state formation region PP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation are substantially equal The NFP is expressed as shown in FIG. 105 (a), and the beam expansion region 30 from the perturbation state formation region PP is expressed as shown in FIG. 105 (b), and the resonance corresponding to FIG. 105 (a). An arrangement example of the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P in the resonator region RP and the perturbation state forming region PP is expressed as shown in FIG. In the example shown in FIG. 105C, perturbation is applied in the y-axis direction to the resonance state forming lattice point 12A in the perturbation state forming region PP, and the perturbation state forming lattice points 12P1, 12P2, and 12P3 are formed. Is formed.

また、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、X点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPと摂動状態形成領域PPの大きさが異なる場合のNFPは、図106(a)に示すように表され、摂動状態形成領域PPからのビーム拡がり領域30は、図106(b)に示すように表され、図106(a)に対応する共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pの配置例は、図106(c)に示すように表される。図106(c)に示された例では、摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点12Aに対してy軸方向に摂動が加えられ、摂動状態形成用格子点12P1・12P2・12P3が形成されている。   Further, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the sizes of the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the X-point oscillation are different. The NFP in this case is represented as shown in FIG. 106 (a), and the beam expansion region 30 from the perturbation state formation region PP is represented as shown in FIG. 106 (b) and corresponds to FIG. 106 (a). An arrangement example of the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P in the resonator region RP and the perturbation state formation region PP is expressed as shown in FIG. In the example shown in FIG. 106C, perturbation is applied in the y-axis direction to the resonance state forming lattice point 12A in the perturbation state forming region PP, and the perturbation state forming lattice points 12P1, 12P2, and 12P3 are formed. Is formed.

すなわち、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、共振器領域RPと摂動状態形成領域PPを別々に設計が可能であり、摂動状態形成領域PPの配列のみを変更することで、安定な発振を維持しつつ、面発光レーザ光のビーム出射角度、ビーム拡がり角度を様々に変更可能である。   That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the resonator region RP and the perturbation state formation region PP can be designed separately, and only the arrangement of the perturbation state formation region PP is changed. By doing so, the beam emission angle and beam divergence angle of the surface emitting laser light can be variously changed while maintaining stable oscillation.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、共振状態形成用格子点12Aの配置される共振器領域RPの大きさを維持したまま、摂動状態形成用格子点12Pの配置される摂動状態形成領域PPを変化させることにより、安定した発振を維持しつつレーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度を調整することができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the size of the resonator region RP in which the resonance state forming lattice point 12A is arranged is maintained, and the perturbation state forming lattice point 12P is maintained. By changing the arranged perturbation state formation region PP, the beam emission angle and beam divergence angle of the laser beam can be adjusted while maintaining stable oscillation.

(摂動状態形成領域PPと共振器領域RPの配置関係)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RP・摂動状態形成領域PP内における共振状態形成用格子点12A・摂動状態形成用格子点12Pの配置例は、図107に示すように表される。
(Disposition relation between perturbation state formation region PP and resonator region RP)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, a resonance state formation grating in the resonator region RP and the perturbation state formation region PP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation An arrangement example of the point 12A and the perturbation state forming lattice point 12P is expressed as shown in FIG.

また、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aにy軸方向に摂動を加え、摂動状態形成用格子点(12P1・12P2・12P3)を周期的に配置した例は、図108(a)に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, a perturbation state forming lattice point (12P1) is added to the resonance state forming lattice point 12A of the photonic crystal layer 12 in the y-axis direction. An example in which 12P2 and 12P3) are periodically arranged is expressed as shown in FIG.

また、フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aにx軸方向に摂動を加え、摂動状態形成用格子点(12P1・12P2・12P3)を周期的に配置した例は、図108(b)に示すように表される。   Further, an example in which perturbation state forming lattice points (12P1, 12P2, 12P3) are periodically arranged to the resonance state forming lattice points 12A of the photonic crystal layer 12 is shown in FIG. ).

また、フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aにx軸方向からプラス約45度傾いた方向に摂動を加え、摂動状態形成用格子点(12P1・12P2・12P3)を周期的に配置した例は、図108(c)に示すように表される。   Further, a perturbation is applied to the resonance state forming lattice point 12A of the photonic crystal layer 12 in a direction inclined by about 45 degrees from the x-axis direction, and the perturbation state forming lattice points (12P1, 12P2, 12P3) are periodically arranged. This example is expressed as shown in FIG.

また、フォトニック結晶層12の共振状態形成用格子点12Aにx軸方向からマイナス約45度傾いた方向に摂動を加え、摂動状態形成用格子点(12P1・12P2・12P3)を周期的に配置した例は、図108(d)に示すように表される。   Further, perturbation is applied to the resonance state forming lattice point 12A of the photonic crystal layer 12 in a direction inclined by about minus 45 degrees from the x-axis direction, and the perturbation state forming lattice points (12P1, 12P2, 12P3) are periodically arranged. This example is expressed as shown in FIG.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、摂動状態形成用格子点12Pの配置は、図108(a)〜図108(d)に示すように自由に設定可能である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the arrangement of the perturbation state forming lattice points 12P can be freely set as shown in FIGS. 108 (a) to 108 (d). .

(摂動状態形成配置によるビーム形状制御)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPと摂動状態形成領域PPの大きさがほぼ等しい場合のNFPは、図109(a)に示すように表され、摂動状態形成領域PPからのビーム拡がり領域30は、図109(b)に示すように表され、図109(a)に対応する共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pを配置例は、図109(c)に示すように表される。図109(c)に示された例では、共振状態形成用格子点12Aに対して、x軸方向からプラス約45度傾いた方向に摂動が加えられ、摂動状態形成用格子点12P1・12P2・12P3が形成されている。
(Beam shape control by perturbation state formation arrangement)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, when the sizes of the resonator region RP and the perturbation state formation region PP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation are substantially equal NFP is expressed as shown in FIG. 109 (a), and the beam expansion region 30 from the perturbation state formation region PP is expressed as shown in FIG. 109 (b), and the resonance corresponding to FIG. 109 (a). An example of arrangement of the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P in the resonator region RP and the perturbation state forming region PP is expressed as shown in FIG. 109 (c). In the example shown in FIG. 109 (c), perturbation is applied to the resonance state forming lattice point 12A in a direction inclined by about 45 degrees from the x-axis direction, and the perturbation state forming lattice points 12P1, 12P2,. 12P3 is formed.

また、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RPと摂動状態形成領域PPの大きさが異なる場合のNFPは、図110(a)に示すように表され、摂動状態形成領域PPからのビーム拡がり領域30は、図110(b)に示すように表され、図110(a)に対応する共振器領域RPおよび摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点12Aおよび摂動状態形成用格子点12Pを配置例は、図110(c)に示すように表される。図110(c)に示された例では、摂動状態形成領域PP内の共振状態形成用格子点12Aに対して、x軸方向からプラス約45度傾いた方向に摂動が加えられ、摂動状態形成用格子点12P1・12P2・12P3が形成されている。   Further, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the sizes of the resonator region RP and the perturbation state forming region PP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to the M point oscillation are different. The NFP in this case is represented as shown in FIG. 110 (a), and the beam expansion region 30 from the perturbation state formation region PP is represented as shown in FIG. 110 (b) and corresponds to FIG. 110 (a). An arrangement example of the resonance state forming lattice points 12A and the perturbation state forming lattice points 12P in the resonator region RP and the perturbation state forming region PP is expressed as shown in FIG. In the example shown in FIG. 110 (c), a perturbation is applied to the resonance state forming lattice point 12A in the perturbation state formation region PP in a direction inclined by about 45 degrees from the x-axis direction. Grid points 12P1, 12P2, and 12P3 are formed.

すなわち、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、共振器と摂動状態形成を別々に設計が可能であり、摂動状態形成の配列のみを変更することで、安定な発振を維持しつつ、面発光レーザ光のビーム形状を様々に変更可能である。   That is, in the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, it is possible to design the resonator and the perturbation state formation separately, and by changing only the arrangement of the perturbation state formation, While maintaining oscillation, the beam shape of the surface emitting laser light can be variously changed.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、共振状態形成用格子点12Aの配置される共振器領域RPの大きさを維持したまま、摂動状態形成用格子点12Pの配置される摂動状態形成領域PPを変化させることにより、安定した発振を維持しつつレーザビームの発光面の大きさおよび形状を調整することができる。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the size of the resonator region RP in which the resonance state forming lattice point 12A is arranged is maintained, and the perturbation state forming lattice point 12P is maintained. By changing the arranged perturbation state formation region PP, the size and shape of the light emitting surface of the laser beam can be adjusted while maintaining stable oscillation.

(その他様々なビームの生成の例)
第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、M点発振に適用される2次元フォトニック結晶層12の共振器領域RP内に相対的に大きな円形の摂動状態形成領域PPを有する場合のNFPは、図19(a)と同様に表され、図19(a)に対応するFFPは、図19(b)と同様に表される。ここで、図19(a)のカップラー領域CPが摂動状態形成領域PPに対応する。以下同様である。
(Other examples of beam generation)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, a relatively large circular perturbation state formation region PP in the resonator region RP of the two-dimensional photonic crystal layer 12 applied to M-point oscillation. The NFP in the case of having F is represented in the same manner as in FIG. 19A, and the FFP corresponding to FIG. 19A is represented in the same manner as in FIG. Here, the coupler region CP in FIG. 19A corresponds to the perturbation state formation region PP. The same applies hereinafter.

また、共振器領域RP内に相対的に小さな円形の摂動状態形成領域PPを有する場合のNFPは、図20(a)と同様に表され、図20(a)に対応するFFPは、図20(b)と同様に表される。   Further, NFP in the case of having a relatively small circular perturbation state forming region PP in the resonator region RP is represented in the same manner as FIG. 20A, and the FFP corresponding to FIG. It is expressed in the same manner as (b).

また、共振器領域RP内に相対的に微小な円形の摂動状態形成領域PPを有する場合のNFPは、図21(a)と同様に表され、図21(a)に対応するFFPは、図21(b)と同様に表される。   Further, NFP in the case of having a relatively small circular perturbation state formation region PP in the resonator region RP is represented in the same manner as FIG. 21A, and the FFP corresponding to FIG. It is expressed in the same manner as 21 (b).

また、共振器領域RP内に相対的に大きな長円形の摂動状態形成領域PPを有する場合のNFPは、図22(a)と同様に表され、図22(a)に対応するFFPは、図22(b)と同様に表される。   Further, NFP in the case of having a relatively large oval perturbation state forming region PP in the resonator region RP is expressed in the same manner as FIG. 22A, and the FFP corresponding to FIG. It is expressed in the same manner as 22 (b).

また、共振器領域RP内に相対的に小さな円形の摂動状態形成領域PPを複数配置した場合のNFPは、図23(a)と同様に表され、図23(a)に対応するFFPは、図23(b)と同様にに示すように表される。   Further, the NFP in the case where a plurality of relatively small circular perturbation state formation regions PP are arranged in the resonator region RP is represented in the same manner as FIG. 23A, and the FFP corresponding to FIG. It is expressed as shown in FIG.

また、共振器領域RP内に互いに直交する2個の長円形の摂動状態形成領域PPを有する場合のNFPは、図24(a)と同様にに示すように表され、図24(a)に対応するFFPは、図24(b)と同様にに示すように表される。   Further, NFP in the case of having two oval perturbation state formation regions PP orthogonal to each other in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. 24A, and is shown in FIG. The corresponding FFP is represented as shown in FIG.

また、共振器領域RP内に互いに60度で交差する3個の長円形の摂動状態形成領域PPを有する場合のNFPは、図25(a)と同様にに示すように表され、図25(a)に対応するFFPは、図25(b)と同様にに示すように表される。   Further, NFP in the case of having three oval perturbation state forming regions PP intersecting each other at 60 degrees in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. The FFP corresponding to a) is expressed as shown in FIG.

また、共振器領域RP内に互いに120度で交差する2個の長円形の摂動状態形成領域PPを有する場合のNFPは、図26(a)と同様にに示すように表され、図26(a)に対応するFFPは、図26(b)と同様にに示すように表される。   Further, NFP in the case of having two oval perturbation state formation regions PP intersecting each other at 120 degrees in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. The FFP corresponding to a) is expressed as shown in FIG.

また、共振器領域RP内に互いに72度で交差する5個の長円形の摂動状態形成領域PPを有する場合のNFPは、図27(a)と同様にに示すように表され、図27(a)に対応するFFPは、図27(b)と同様にに示すように表される。   Further, NFP in the case of having five oval perturbation state forming regions PP intersecting each other at 72 degrees in the resonator region RP is expressed as shown in FIG. The FFP corresponding to a) is expressed as shown in FIG.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、図19〜図27に示すように、フォトニックバンド構造におけるM点バンド端における発振において、発振領域の大きさを維持したまま、摂動状態形成領域PPの大きさを相対的に変化させることにより、レーザビームの発光面の大きさや形状を調整可能である。NFPのサイズ例としては、数10μm角、数100μm角、1mm角とさまざまなサイズの形成可能であり、対応するFFPについても同様である。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, as shown in FIGS. 19 to 27, the oscillation region size is maintained in the oscillation at the M-point band edge in the photonic band structure. The size and shape of the light emitting surface of the laser beam can be adjusted by relatively changing the size of the perturbation state formation region PP. As examples of the size of the NFP, various sizes such as several tens of μm square, several hundreds of μm square, and 1 mm square can be formed, and the same applies to the corresponding FFP.

第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいては、レーザビームの発光面の大きさや形状により、レーザビームのビーム拡がり角度θ0や形状が決定されるため、レーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能となる。光増幅のための周期構造を維持してさえいれば、この摂動状態形成領域PPの大きさや形状を変化させても発振は可能である。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment, the beam divergence angle θ 0 and the shape of the laser beam are determined by the size and shape of the light emitting surface of the laser beam. The spread angle and shape can be controlled. As long as the periodic structure for optical amplification is maintained, oscillation is possible even if the size and shape of the perturbation state formation region PP is changed.

レーザビームの拡がり角度θ0や形状は、発光面の大きさや形状によって決定されるため、例えば、レーザビームの拡がり角度θ0を大きくしたい場合には、光増幅の共振器領域RPの大きさはそのままで、摂動状態形成領域PPの大きさを相対的に小さくすれば良い。また、レーザビームの形状を長方形にしたい場合には、摂動状態形成領域PPも長方形にすれば良い。 Since the laser beam divergence angle θ 0 and shape are determined by the size and shape of the light emitting surface, for example, when the laser beam divergence angle θ 0 is to be increased, the size of the optical amplification resonator region RP is As it is, the size of the perturbation state formation region PP may be made relatively small. In addition, when the shape of the laser beam is desired to be rectangular, the perturbation state forming region PP may be rectangular.

特に、第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザは、レーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度および形状の制御が可能であることから、図49〜図57に示すような各種形状は、レンズフリーのマーカーなどに利用することができる。   In particular, since the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the tenth embodiment can control the beam emission angle, beam divergence angle, and shape of the laser beam, as shown in FIGS. Various shapes can be used for lens-free markers.

[第11の実施の形態]
(2次元セルアレイ)
第11の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、2次元セルアレイ化して高出力化を図った構成例は、図111に示すように表される。すなわち、第9〜第10の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザのセル32を基板100上に2次元配置し、2次元セルアレイ化しても良い。例えば、21個のセル32を2次元配置し、2次元セルアレイ化した例では、1kHz、50nsecのパルス駆動において、電流値約50Aで35W以上の高出力の2次元フォトニック結晶面発光レーザが得られている。
[Eleventh embodiment]
(Two-dimensional cell array)
In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eleventh embodiment, a configuration example in which a two-dimensional cell array is used to increase the output is expressed as shown in FIG. That is, the cells 32 of the two-dimensional photonic crystal surface emitting lasers according to the ninth to tenth embodiments may be two-dimensionally arranged on the substrate 100 to form a two-dimensional cell array. For example, in an example in which 21 cells 32 are two-dimensionally arranged to form a two-dimensional cell array, a high-power two-dimensional photonic crystal surface emitting laser with a current value of about 50 A and a high output of 35 W can be obtained by pulse driving at 1 kHz and 50 nsec. It has been.

図111に示す例において、各セル32には、摂動状態形成領域PPと共振器領域RPの面積比の異なるセルを配置しても良い。摂動状態形成領域PPと共振器領域RPの面積比の異なる複数のセル32を同一の基板100上に配置し、選択的に駆動することによって、レーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な高出力多機能2次元フォトニック結晶面発光レーザアレイを提供することができる。   In the example shown in FIG. 111, each cell 32 may be provided with cells having different area ratios between the perturbation state formation region PP and the resonator region RP. A plurality of cells 32 having different area ratios between the perturbation state formation region PP and the resonator region RP are arranged on the same substrate 100 and selectively driven, whereby the beam divergence angle and shape of the laser beam can be controlled. A high-power multifunction two-dimensional photonic crystal surface emitting laser array can be provided.

第11の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、第1クラッド層上の2次元フォトニック結晶層12に共振状態形成用格子点12Aの基本パターンT0を配置すると共に、矩形形状の摂動状態形成領域PP1・PP2・PP3・PP4の摂動パターンT1・T2・T3・T4を配置する2次元セルアレイ化構成例は、図112(a)に示すように表される。また、第1クラッド層上の2次元フォトニック結晶層12に共振状態形成用格子点12Aの基本パターンT0を配置すると共に、六角形形状の摂動状態形成領域PP1・PP2・PP3の摂動パターンT1・T2・T3を配置する2次元セルアレイ化構成例は、図112(b)に示すように表される。 In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eleventh embodiment, the basic pattern T 0 of the resonance state forming lattice point 12A is disposed on the two-dimensional photonic crystal layer 12 on the first cladding layer, and the rectangular shape is rectangular. A two-dimensional cell array configuration example in which the perturbation patterns T 1 , T 2 , T 3, and T 4 of the shape perturbation state forming regions PP1, PP2, PP3, and PP4 are arranged is expressed as shown in FIG. . Further, the basic pattern T 0 of the resonance state forming lattice point 12A is arranged on the two-dimensional photonic crystal layer 12 on the first cladding layer, and the perturbation pattern T of the hexagonal perturbation state forming regions PP1, PP2, PP3. A configuration example of a two-dimensional cell array in which 1 · T 2 · T 3 is arranged is expressed as shown in FIG.

図112(a)および図112(b)に示す例においては、複数の摂動パターンを配置することによって、レーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度および形状の制御が可能な高出力多機能2次元フォトニック結晶面発光レーザアレイを提供することができる。   In the example shown in FIGS. 112 (a) and 112 (b), a high-output multifunctional two-dimensional capable of controlling the beam emission angle, beam divergence angle, and shape of the laser beam by arranging a plurality of perturbation patterns. A photonic crystal surface emitting laser array can be provided.

第11の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、同一の基板100上に図112(b)に示された構成を複数のチップCH1・CH2・CH3・CH4に配置した2次元セルアレイ化構成例は、図113に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eleventh embodiment, a two-dimensional structure in which the configuration shown in FIG. 112B is arranged on a plurality of chips CH1, CH2, CH3, and CH4 on the same substrate 100. A cell array configuration example is represented as shown in FIG.

図113に示す例においては、同一の基板100上に、それぞれ複数の摂動パターンT1・T2・T3を有する複数のチップCH1・CH2・CH3・CH4を配置し、選択的に駆動することによって、レーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な高出力多機能2次元フォトニック結晶面発光レーザアレイを提供することができる。 In the example shown in FIG. 113, on the same substrate 100, respectively disposing a plurality of chips CH1 · CH2 · CH3 · CH4 having a plurality of perturbation patterns T 1 · T 2 · T 3 , to selectively drive Thus, it is possible to provide a high-output multifunctional two-dimensional photonic crystal surface emitting laser array capable of controlling the beam divergence angle and shape of the laser beam.

また、第11の実施の形態に係る2次元フォトニック結晶面発光レーザにおいて、同一の基板100上に互いにFFP(FFP1・FFP2・FFP3・FFP4)の異なる複数のチップCH1・CH2・CH3・CH4を配置した2次元セルアレイ化構成例は、図114に示すように表される。   In the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to the eleventh embodiment, a plurality of chips CH1, CH2, CH3, and CH4 having different FFPs (FFP1, FFP2, FFP3, and FFP4) are formed on the same substrate 100. An example of a configuration in which the two-dimensional cell array is arranged is expressed as shown in FIG.

図114に示す例においては、同一の基板100上に、それぞれ異なるFFP1・FFP2・FFP3・FFP4を有するチップCH1・CH2・CH3・CH4を配置し、選択的に駆動することによって、レーザビームのビーム拡がり角度および形状の制御が可能な高出力多機能2次元フォトニック結晶面発光レーザアレイを提供することができる。   In the example shown in FIG. 114, chips CH1, CH2, CH3, and CH4 each having different FFP1, FFP2, FFP3, and FFP4 are arranged on the same substrate 100, and selectively driven, so that the beam of the laser beam is obtained. A high-output multifunctional two-dimensional photonic crystal surface emitting laser array capable of controlling the spread angle and shape can be provided.

以上説明したように、本発明によれば、簡易な構造で安定した発振を維持しつつ、レーザビームのビーム出射角度、ビーム拡がり角度および形状の制御が可能な2次元フォトニック結晶面発光レーザを提供することができる。   As described above, according to the present invention, a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser capable of controlling the beam emission angle, beam divergence angle, and shape of a laser beam while maintaining stable oscillation with a simple structure. Can be provided.

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1〜第11の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described with reference to the first to eleventh embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments that are not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の2次元フォトニック結晶面発光レーザは、面発光LD素子全般に利用可能であり、例えば、AF(オートフォーカス)用パターンの光源、距離センサなどの距離測定用光源、レーザ加工用光源、医療用途に適用可能な光源、光ピンセット、次世代光ディスクのピックアップ用光源、その他DVD、BD、チップ間通信機器など幅広い応用分野に適用可能である。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser of the present invention can be used for all surface emitting LD elements. For example, a light source for AF (autofocus) pattern, a distance measuring light source such as a distance sensor, a laser processing light source, It can be applied to a wide range of application fields such as light sources applicable to medical applications, optical tweezers, light sources for next-generation optical disc pickups, DVDs, BDs, and inter-chip communication devices.

また、スキャン機能を持たせれば、レーザビームプリンタ用光源、モバイルレーザディスプレイ、チップ間光通信機器用光源、レーザ内蔵のカプセル内視鏡、レーザ内蔵カプセルレーザメス、車間距離測定用レーザ、レーザポインタレーザスキャンディスプレイ、バーコードスキャナなどの応用分野に適用可能である。   If the scanning function is provided, the light source for laser beam printer, mobile laser display, light source for inter-chip optical communication equipment, capsule endoscope with built-in laser, capsule laser knife with built-in laser, inter-vehicle distance measuring laser, laser pointer laser The present invention can be applied to application fields such as a scan display and a barcode scanner.

10…第1クラッド層(pクラッド層)
12…フォトニック結晶層
121…第1フォトニック結晶層(定在波形成用フォトニック結晶層)
122…第2フォトニック結晶層(光出射用フォトニック結晶層)
12A…共振器用格子点(共振器用空孔、共振状態形成用格子点)
12C…カップラー用格子点(カップラー用空孔)
12P、12P1・12P2・12P3…摂動状態形成用格子点
13…キャリアブロック層
14…活性層(MQW)
16…第2クラッド層(nクラッド層)
18…コンタクト層
20…ウィンドウ層
22…上部電極
24、100…基板
26…下部電極
30、301、302、303…ビーム拡がり領域
32…セル
λ…媒質内波長
P、Q、R…バンド端領域
c…光の速度
a、a1、a2、ax、ay…格子定数
c/a…規格化周波数の単位
CP、CP1、CP2、CP3…カップラー領域
1、A2、A3…カップラー領域幅(摂動状態形成領域幅)
RP…共振器領域
PP、PP1、PP2、PP3…摂動状態形成領域
d、D1、D2、D3…孔径
h、H1、H2、H3…孔の深さ
n、n1、n2、n3…屈折率
θ0、θ3、θa、θb、θc…ビーム拡がり角度
θ1、θ2、θ3…ビーム拡がり角度
θ、θ11、θ22…ビーム出射角度
θd…媒質内のビーム出射角度
θair…大気中のビーム出射角度
r…アスペクト比(a1/a2
f…基本波の波数(波数ベクトル)
λPC…中心波長
λair…空気中での中心波長
eff…有効屈折率
d…回折ベクトル
s…摂動係数
FFP…遠視野像(ファーフィールドパターン)
NFP…近視野像(ニアフィールドパターン)
hνL…面発光レーザ光
hνR…共振器内レーザ光
10 ... 1st clad layer (p clad layer)
12 ... Photonic crystal layer 12 1 ... 1st photonic crystal layer (photonic crystal layer for standing wave formation)
12 2 ... 2nd photonic crystal layer (photonic crystal layer for light emission)
12A: Resonator lattice points (resonator holes, resonance state forming lattice points)
12C ... Coupler grid points (holes for couplers)
12P, 12P 1 · 12P 2 · 12P 3 ... Perturbed state forming lattice points 13... Carrier block layer 14... Active layer (MQW)
16 ... 2nd clad layer (n clad layer)
18 ... contact layer 20 ... window layer 22 ... upper electrode 24,100 ... substrate 26 ... lower electrode 30, 30 1, 30 2, 30 3 ... beam spread area 32 ... cell lambda ... medium wavelength P, Q, R ... Band speed edge region c ... light a, a 1, a 2, a x, a y ... lattice constant c / a ... units of normalized frequency CP, CP 1, CP 2, CP 3 ... coupler regions a 1, a 2 , A 3 ... coupler region width (perturbation state formation region width)
RP: Resonator regions PP, PP 1 , PP 2 , PP 3 ... Perturbation state formation regions d, D1, D2, D3 ... Hole diameters h, H1, H2, H3 ... Hole depths n, n1, n2, n3 ... Refraction Factors θ 0 , θ 3 , θ a , θ b , θ c ... Beam divergence angles θ 1 , θ 2 , θ 3 ... Beam divergence angles θ, θ 11 , θ 22 ... Beam emission angles θ d ... Beam emission in the medium Angle θ air ... Beam emission angle in the atmosphere r ... Aspect ratio (a 1 / a 2 )
k f ... fundamental wave number (wave vector)
λ PC ... center wavelength λ air ... center wavelength in air n eff ... effective refractive index k d ... diffraction vector s ... perturbation coefficient FFP ... far-field pattern (far field pattern)
NFP ... Near-field image (near field pattern)
L ... surface emitting laser light hν R ... intracavity laser light

Claims (43)

フォトニック結晶層と、
前記フォトニック結晶層内に周期的に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造のバンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる共振状態形成用格子点
を備え、
前記共振状態形成用格子点には、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が加えられ
前記共振状態形成用格子点には、複数の摂動が加えられていることを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。
A photonic crystal layer;
A resonant state forming lattice point that is periodically arranged in the photonic crystal layer and diffracts a light wave at a band edge of the photonic band structure of the photonic crystal layer in a plane of the photonic crystal layer. ,
A perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the surface of the photonic crystal layer is applied to the resonance state forming lattice point ,
2. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser , wherein a plurality of perturbations are applied to the resonance state forming lattice points .
前記共振状態形成用格子点に加えられている摂動は、周期的変調であることを特徴とする請求項1に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   2. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 1, wherein the perturbation applied to the resonance state forming lattice point is periodic modulation. 前記周期的変調は、屈折率変調であることを特徴とする請求項2に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 2, wherein the periodic modulation is refractive index modulation. 前記周期的変調は、孔の大きさ変調であることを特徴とする請求項2に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 2, wherein the periodic modulation is a hole size modulation. 前記周期的変調は、孔の深さ変調であることを特徴とする請求項2に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 2, wherein the periodic modulation is hole depth modulation. 前記周期的変調は、孔の大きさ変調および孔の深さ変調であることを特徴とする請求項2に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 2, wherein the periodic modulation is hole size modulation and hole depth modulation. 前記共振状態形成用格子点は、正方格子、長方格子、面心長方格子、若しくは三角格子のいずれかに配置されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The said resonance state formation lattice point is arrange | positioned in any of a square lattice, a rectangular lattice, a face center rectangular lattice, or a triangular lattice, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser. 前記共振状態形成用格子点は、正方格子若しくは長方格子に配置され、かつ前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるΓ点、X点、若しくはM点における光波を前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折可能であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The resonance state forming lattice points are arranged in a square lattice or a rectangular lattice, and light waves at the Γ point, the X point, or the M point in the photonic band structure of the photonic crystal layer are transmitted to the surface of the photonic crystal layer. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 1, wherein the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser can be diffracted in a vertical direction. 前記共振状態形成用格子点は、面心長方格子若しくは三角格子に配置され、かつ前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるΓ点、X点、若しくはJ点における光波を前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折可能であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The resonance state forming lattice points are arranged in a face-centered rectangular lattice or a triangular lattice, and light waves at the Γ point, the X point, or the J point in the photonic band structure of the photonic crystal layer are transmitted to the photonic crystal layer. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 1, wherein the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser can be diffracted in a direction perpendicular to the surface. 基板と、
前記基板上に配置された第1クラッド層と、
前記第1クラッド層上に配置された第2クラッド層と、
前記第1クラッド層と前記第2クラッド層に挟まれた活性層と
を備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。
A substrate,
A first cladding layer disposed on the substrate;
A second cladding layer disposed on the first cladding layer;
The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 1 to 9, further comprising: an active layer sandwiched between the first cladding layer and the second cladding layer.
前記フォトニック結晶層は、前記第1クラッド層と前記第2クラッド層との間に、前記活性層の面垂直方向に前記活性層に隣接して配置されたことを特徴とする請求項10に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   11. The photonic crystal layer according to claim 10, wherein the photonic crystal layer is disposed adjacent to the active layer in a direction perpendicular to the surface of the active layer between the first cladding layer and the second cladding layer. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser described. 前記フォトニック結晶層は、前記第1クラッド層と前記活性層との間に配置されたことを特徴とする請求項10に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 10, wherein the photonic crystal layer is disposed between the first cladding layer and the active layer. 前記フォトニック結晶層は、前記第2クラッド層と前記活性層との間に配置されたことを特徴とする請求項10に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。   The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 10, wherein the photonic crystal layer is disposed between the second cladding layer and the active layer. 前記複数の摂動は、任意の方向に加えられていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 1 to 13, wherein the plurality of perturbations are applied in an arbitrary direction. 前記複数の摂動は、重ね合わせにより加えられていることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 1 to 14, wherein the plurality of perturbations are added by superposition. フォトニック結晶層と、A photonic crystal layer;
前記フォトニック結晶層内に周期的に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造のバンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる共振状態形成用格子点と、Resonance state forming lattice points that are periodically arranged in the photonic crystal layer and diffract light waves at the band edges of the photonic band structure of the photonic crystal layer in the plane of the photonic crystal layer;
前記フォトニック結晶層内に周期的に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造のバンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させると共に前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点とPeriodically disposed in the photonic crystal layer, diffracts the light wave at the band edge of the photonic band structure of the photonic crystal layer in the plane of the photonic crystal layer and is perpendicular to the plane of the photonic crystal layer. Lattice points for perturbation state formation diffracted in the direction
を備え、With
前記摂動状態形成用格子点は、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が前記共振状態形成用格子点の一部に加えられて形成され、The perturbation state forming lattice point is formed by adding a perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer to a part of the resonance state forming lattice point,
前記摂動状態形成用格子点には、複数の摂動が加えられていることを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, wherein a plurality of perturbations are applied to the perturbation state forming lattice points.
前記摂動状態形成用格子点に加えられている摂動は、周期的変調であることを特徴とする請求項16に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 16, wherein the perturbation applied to the perturbation state forming lattice point is periodic modulation. 前記周期的変調は、屈折率変調であることを特徴とする請求項17に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 17, wherein the periodic modulation is refractive index modulation. 前記周期的変調は、孔の大きさ変調であることを特徴とする請求項17に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 17, wherein the periodic modulation is a hole size modulation. 前記周期的変調は、孔の深さ変調であることを特徴とする請求項17に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 17, wherein the periodic modulation is hole depth modulation. 前記周期的変調は、孔の大きさ変調および孔の深さ変調であることを特徴とする請求項17に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。18. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 17, wherein the periodic modulation is hole size modulation and hole depth modulation. 基板と、A substrate,
前記基板上に配置された第1クラッド層と、A first cladding layer disposed on the substrate;
前記第1クラッド層上に配置された第2クラッド層と、A second cladding layer disposed on the first cladding layer;
前記第1クラッド層と前記第2クラッド層に挟まれた活性層とAn active layer sandwiched between the first cladding layer and the second cladding layer;
を備えることを特徴とする請求項16〜21のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 21, wherein the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser is provided.
前記フォトニック結晶層は、前記第1クラッド層と前記第2クラッド層との間に、前記活性層の面垂直方向に前記活性層に隣接して配置されたことを特徴とする請求項22に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。23. The photonic crystal layer according to claim 22, wherein the photonic crystal layer is disposed between the first cladding layer and the second cladding layer and adjacent to the active layer in a direction perpendicular to the surface of the active layer. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser described. 前記フォトニック結晶層は、前記第1クラッド層と前記活性層との間に配置されたことを特徴とする請求項22に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 22, wherein the photonic crystal layer is disposed between the first cladding layer and the active layer. 前記フォトニック結晶層は、前記第2クラッド層と前記活性層との間に配置されたことを特徴とする請求項22に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 22, wherein the photonic crystal layer is disposed between the second cladding layer and the active layer. 前記共振状態形成用格子点および前記摂動状態形成用格子点は、正方格子、長方格子、面心長方格子、若しくは三角格子のいずれかに配置されていることを特徴とする請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。17. The resonance state forming lattice points and the perturbation state forming lattice points are arranged in any of a square lattice, a rectangular lattice, a face-centered rectangular lattice, or a triangular lattice. 26. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of 25. 前記共振状態形成用格子点および前記摂動状態形成用格子点は、正方格子若しくは長方格子に配置され、かつ前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるΓ点、X点、若しくはM点における光波を前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折可能であることを特徴とする請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The resonance state forming lattice points and the perturbation state forming lattice points are arranged in a square lattice or a rectangular lattice, and light waves at the Γ point, the X point, or the M point in the photonic band structure of the photonic crystal layer. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 25, wherein the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser can be diffracted in a direction perpendicular to the surface of the photonic crystal layer. 前記共振状態形成用格子点および前記摂動状態形成用格子点は、面心長方格子若しくは三角格子に配置され、かつ前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるΓ点、X点、若しくはJ点における光波を前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折可能であることを特徴とする請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The resonance state forming lattice point and the perturbation state forming lattice point are arranged in a face-centered rectangular lattice or a triangular lattice, and the Γ point, the X point, or the J point in the photonic band structure of the photonic crystal layer 26. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 25, wherein the light wave at can be diffracted in a direction perpendicular to the surface of the photonic crystal layer. 前記複数の摂動は、任意の方向に加えられていることを特徴とする請求項16〜28に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。29. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 16, wherein the plurality of perturbations are applied in an arbitrary direction. 前記複数の摂動は、重ね合わせにより加えられていることを特徴とする請求項16〜29に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。30. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 16, wherein the plurality of perturbations are applied by superposition. 前記共振状態形成用格子点の配置される共振器領域の大きさを維持したまま、前記摂動状態形成用格子点の配置される摂動状態形成領域を変化させることにより、レーザビームの発光面の大きさおよび形状を調整することを特徴とする請求項16〜30のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。By changing the perturbation state formation region where the perturbation state formation lattice points are arranged while maintaining the size of the resonator region where the resonance state formation lattice points are arranged, the size of the light emitting surface of the laser beam is changed. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 30, wherein the height and shape are adjusted. 前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるM点バンド端における光波を回折する前記共振状態形成用格子点は、正方格子に配置され、The resonance state forming lattice points that diffract light waves at the M-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer are arranged in a square lattice,
前記摂動状態形成用格子点は、前記正方格子の格子定数の2倍の格子定数を有する面心正方格子に配置され、かつ前記摂動状態形成用格子点の対角線方向のピッチは、前記フォトニック結晶層の媒質内波長に等しいことを特徴とする請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The perturbation state forming lattice points are arranged in a face-centered square lattice having a lattice constant twice as large as the lattice constant of the square lattice, and the diagonal pitch of the perturbation state forming lattice points is the photonic crystal The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 25, wherein the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser is equal to a wavelength in the medium of the layer.
前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を回折する前記共振状態形成用格子点は、第1正方格子に配置され、The resonance state forming lattice point that diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer is disposed in a first square lattice,
前記摂動状態形成用格子点は、前記第1正方格子の格子定数の2倍の格子定数を有する第2正方格子に配置され、かつ前記摂動状態形成用格子点の格子定数は、前記フォトニック結晶層の媒質内波長に等しいことを特徴とする請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The perturbation state forming lattice points are arranged in a second square lattice having a lattice constant twice as large as the lattice constant of the first square lattice, and the lattice constant of the perturbation state forming lattice points is the photonic crystal The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 25, wherein the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser is equal to a wavelength in the medium of the layer.
前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を回折する前記共振状態形成用格子点は、第1三角格子に配置され、The resonance state forming lattice point that diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer is disposed in a first triangular lattice,
前記摂動状態形成用格子点は、前記第1三角格子のピッチの2倍のピッチの第2三角格子に配置され、かつ前記第2三角格子の平面視の高さは、前記フォトニック結晶層の媒質内波長に等しいことを特徴とする請求項請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The perturbation state forming lattice points are arranged in a second triangular lattice having a pitch twice the pitch of the first triangular lattice, and the height of the second triangular lattice in plan view is the height of the photonic crystal layer. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 25, wherein the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser is equal to an in-medium wavelength.
前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるJ点バンド端における光波を回折する前記共振状態形成用格子点は、第1三角格子に配置され、The resonance state forming lattice point that diffracts the light wave at the J-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer is disposed in a first triangular lattice,
前記摂動状態形成用格子点は、前記第1三角格子のピッチの3倍のピッチの面心三角格子に配置され、かつ前記面心三角格子の一辺は、前記フォトニック結晶層の媒質内波長の2倍に等しいことを特徴とする請求項請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The perturbation state forming lattice points are arranged in a face-centered triangular lattice having a pitch three times the pitch of the first triangular lattice, and one side of the face-centered triangular lattice has an in-medium wavelength of the photonic crystal layer. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 25, wherein the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser is equal to two times.
前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を回折する前記共振状態形成用格子点は、格子定数aThe resonance state forming lattice point that diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer has a lattice constant a 11 およびaAnd a 22 を有する第1の長方格子に配置され、Arranged in a first rectangular lattice having
前記摂動状態形成用格子点は、前記第1の長方格子とは別の第2の長方格子に配置され、前記第2の長方格子の格子定数は、前記第1の長方格子の格子定数aThe perturbation state forming lattice points are arranged in a second rectangular lattice different from the first rectangular lattice, and the lattice constant of the second rectangular lattice is the same as that of the first rectangular lattice. Lattice constant a 11 およびaAnd a 22 により定義されるアスペクト比r=aThe aspect ratio defined by 11 /a/ A 22 (r≠1)に対して、媒質内波長のr倍および媒質内波長に等しいことを特徴とする請求項請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 25, wherein (r ≠ 1) is equal to r times the wavelength in the medium and equal to the wavelength in the medium.
前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を回折する前記共振状態形成用格子点は、格子定数aThe resonance state forming lattice point that diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer has a lattice constant a 11 およびaAnd a 22 を有する面心長方格子に配置され、Arranged in a face-centered rectangular lattice having
前記摂動状態形成用格子点は、長方格子に配置され、前記長方格子の格子定数は、前記面心長方格子の格子定数aThe perturbation state forming lattice points are arranged in a rectangular lattice, and the lattice constant of the rectangular lattice is the lattice constant a of the face-centered rectangular lattice. 11 およびaAnd a 22 により定義されるアスペクト比r=aThe aspect ratio defined by 11 /a/ A 22 (r≠1)に対して、媒質内波長のr倍および媒質内波長に等しいことを特徴とする請求項請求項16〜25のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 16 to 25, wherein (r ≠ 1) is equal to r times the wavelength in the medium and equal to the wavelength in the medium.
フォトニック結晶層と、A photonic crystal layer;
前記フォトニック結晶層内に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させると共に面垂直方向に回折させる長方格子の共振状態形成用格子点とA rectangular lattice disposed in the photonic crystal layer and diffracts the light wave at the X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer in the plane of the photonic crystal layer and in the direction perpendicular to the plane. Resonance state forming lattice points of
を備え、With
前記共振状態形成用格子点には、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が加えられ、かつ前記長方格子の格子定数をaA perturbation for diffracting the light wave in the direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer is applied to the resonance state forming lattice point, and the lattice constant of the rectangular lattice is defined as a. 11 およびaAnd a 22 とすると、前記長方格子の一辺aThen, one side a of the rectangular lattice 22 が媒質内波長の1/2に等しいことを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。Is a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser characterized in that is equal to ½ of the wavelength in the medium.
フォトニック結晶層と、A photonic crystal layer;
前記フォトニック結晶層内に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる長方格子の共振状態形成用格子点と、A lattice point for forming a resonance state of a rectangular lattice disposed in the photonic crystal layer and diffracting a light wave at the X-point band edge in the photonic crystal layer of the photonic crystal layer in the plane of the photonic crystal layer When,
前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点とA lattice point for forming a perturbation state for diffracting a light wave at an X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer;
を備え、前記摂動状態形成用格子点は、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が前記共振状態形成用格子点の一部に加えられて形成され、かつ前記長方格子の格子定数をaThe perturbation state forming lattice point is formed by adding a perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer to a part of the resonance state forming lattice point, and The lattice constant of the rectangular lattice is a 11 およびaAnd a 22 とすると、前記長方格子の一辺aThen, one side a of the rectangular lattice 22 が媒質内波長の1/2に等しいことを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。Is a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser characterized in that is equal to ½ of the wavelength in the medium.
前記共振状態形成用格子点の配置される共振器領域の大きさを維持したまま、前記摂動状態形成用格子点の配置される摂動状態形成領域を変化させることにより、レーザビームのビーム拡がり角度を制御することを特徴とする請求項39に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザ。By changing the perturbation state formation region where the perturbation state formation lattice point is arranged while maintaining the size of the resonator region where the resonance state formation lattice point is arranged, the beam divergence angle of the laser beam is changed. 40. The two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to claim 39, which is controlled. フォトニック結晶層と、A photonic crystal layer;
前記フォトニック結晶層内に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる第1の長方格子の共振状態形成用格子点と、Resonant state formation of a first rectangular lattice disposed in the photonic crystal layer and diffracting a light wave at the X-point band end in the photonic band structure of the photonic crystal layer in the plane of the photonic crystal layer Grid points for
前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点とA lattice point for forming a perturbation state for diffracting a light wave at an X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer;
を備え、前記摂動状態形成用格子点は、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が前記共振状態形成用格子点の一部に加えられて形成され、かつ前記摂動状態形成用格子点は、前記第1の長方格子とは別の第2の長方格子に配置され、前記第2の長方格子のx方向およびy方向の格子定数は、前記第1の長方格子のx方向およびy方向の格子定数aThe perturbation state forming lattice point is formed by adding a perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer to a part of the resonance state forming lattice point, and The perturbation state forming lattice points are arranged in a second rectangular lattice different from the first rectangular lattice, and lattice constants in the x and y directions of the second rectangular lattice are Lattice constant a in the x-direction and y-direction of one rectangular lattice 11 およびaAnd a 22 に対して、aAgainst a 11 および媒質内波長λ(=2aAnd the wavelength λ in the medium (= 2a 22 )に等しいことを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, characterized in that
フォトニック結晶層と、A photonic crystal layer;
前記フォトニック結晶層内に配置され、前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面内で回折させる菱形格子の共振状態形成用格子点と、A lattice point for forming a resonance state of a rhomboid lattice that is disposed in the photonic crystal layer and diffracts a light wave at the X-point band end in the photonic band structure of the photonic crystal layer in the plane of the photonic crystal layer; ,
前記フォトニック結晶層のフォトニックバンド構造におけるX点バンド端における光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させる摂動状態形成用格子点とA lattice point for forming a perturbation state for diffracting a light wave at an X-point band edge in the photonic band structure of the photonic crystal layer in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer;
を備え、前記摂動状態形成用格子点は、前記光波を、前記フォトニック結晶層の面垂直方向に回折させるための摂動が前記共振状態形成用格子点の一部に加えられて形成され、かつ前記摂動状態形成用格子点は、長方格子に配置され、前記長方格子の格子定数は、前記菱形格子の格子定数aThe perturbation state forming lattice point is formed by adding a perturbation for diffracting the light wave in a direction perpendicular to the plane of the photonic crystal layer to a part of the resonance state forming lattice point, and The lattice points for forming the perturbation state are arranged in a rectangular lattice, and the lattice constant of the rectangular lattice is the lattice constant a of the rhomboid lattice. 11 およびaAnd a 22 に対して、aAgainst a 11 および媒質内波長λに等しいことを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。And a two-dimensional photonic crystal surface emitting laser characterized by being equal to the wavelength λ in the medium.
請求項1〜42のいずれか1項に記載の2次元フォトニック結晶面発光レーザのセルを2次元配置し、2次元セルアレイ化したことを特徴とする2次元フォトニック結晶面発光レーザ。43. A two-dimensional photonic crystal surface emitting laser, wherein the cells of the two-dimensional photonic crystal surface emitting laser according to any one of claims 1 to 42 are two-dimensionally arranged to form a two-dimensional cell array.
JP2013271854A 2013-01-08 2013-12-27 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser Active JP6305056B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013271854A JP6305056B2 (en) 2013-01-08 2013-12-27 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
US14/149,368 US9444222B2 (en) 2013-01-08 2014-01-07 Two dimensional photonic crystal vertical cavity surface emitting lasers

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013001020 2013-01-08
JP2013001020 2013-01-08
JP2013002348 2013-01-10
JP2013002348 2013-01-10
JP2013045162 2013-03-07
JP2013045162 2013-03-07
JP2013271854A JP6305056B2 (en) 2013-01-08 2013-12-27 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014197665A JP2014197665A (en) 2014-10-16
JP6305056B2 true JP6305056B2 (en) 2018-04-04

Family

ID=51935352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013271854A Active JP6305056B2 (en) 2013-01-08 2013-12-27 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9444222B2 (en)
JP (1) JP6305056B2 (en)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10386581B2 (en) * 2013-10-25 2019-08-20 Forelux Inc. Grating based optical transmitter
CN104575213B (en) * 2014-12-29 2017-02-22 天津城建大学 Resolution capability demonstration device
CN105678367B (en) * 2015-05-08 2019-04-12 苏州中科纳福材料科技有限公司 A kind of two dimensional code with a variety of anti-counterfeiting characteristics
WO2018009538A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Forelux Inc. Grating based optical transmitter
US9991669B2 (en) * 2016-07-25 2018-06-05 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting device and manufacturing method for the same
JP6747910B2 (en) * 2016-08-10 2020-08-26 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting device
US11031751B2 (en) 2016-08-10 2021-06-08 Hamamatsu Photonics K.K. Light-emitting device
US10734786B2 (en) 2016-09-07 2020-08-04 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting element and light emitting device including same
JP6747922B2 (en) * 2016-09-07 2020-08-26 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light emitting device and light emitting device
JP7057949B2 (en) * 2017-02-28 2022-04-21 国立大学法人京都大学 Photonic crystal laser
JP6789541B2 (en) * 2017-03-17 2020-11-25 スタンレー電気株式会社 Laser radar device
US11637409B2 (en) 2017-03-27 2023-04-25 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light-emitting module and control method therefor
US11646546B2 (en) 2017-03-27 2023-05-09 Hamamatsu Photonics K.K. Semiconductor light emitting array with phase modulation regions for generating beam projection patterns
JP6959042B2 (en) 2017-06-15 2021-11-02 浜松ホトニクス株式会社 Light emitting device
US10910794B2 (en) * 2017-07-04 2021-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Light-emitting device comprising photonic cavity
JP7036567B2 (en) * 2017-10-20 2022-03-15 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor light emitting device
WO2019111787A1 (en) 2017-12-08 2019-06-13 浜松ホトニクス株式会社 Light-emitting device and production method for same
DE112019004322T5 (en) * 2018-08-27 2021-05-20 Hamamatsu Photonics K.K. Light emitting device
JP7306675B2 (en) * 2019-02-22 2023-07-11 国立大学法人京都大学 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
US20210168338A1 (en) * 2019-11-29 2021-06-03 Seiko Epson Corporation Light emitting apparatus and projector
JP7308157B2 (en) * 2020-01-20 2023-07-13 浜松ホトニクス株式会社 light source module
JP2023059111A (en) * 2021-10-14 2023-04-26 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Surface emitting quantum cascade laser
CN117526086A (en) * 2024-01-04 2024-02-06 香港中文大学(深圳) High-slope-efficiency photonic crystal surface-emitting laser and preparation method thereof

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3983933B2 (en) 1999-05-21 2007-09-26 進 野田 Semiconductor laser and manufacturing method of semiconductor laser
JP3561244B2 (en) * 2001-07-05 2004-09-02 独立行政法人 科学技術振興機構 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP4185697B2 (en) * 2002-03-14 2008-11-26 独立行政法人科学技術振興機構 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser array and two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP4484134B2 (en) * 2003-03-25 2010-06-16 独立行政法人科学技術振興機構 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP4927411B2 (en) * 2006-02-03 2012-05-09 古河電気工業株式会社 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP2008098379A (en) * 2006-10-11 2008-04-24 Furukawa Electric Co Ltd:The Two dimensional photonic crystalline surface emission laser and its manufacturing method
JP5072402B2 (en) * 2007-03-26 2012-11-14 国立大学法人京都大学 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP5118544B2 (en) * 2007-05-15 2013-01-16 キヤノン株式会社 Surface emitting laser element
JP5171318B2 (en) * 2008-03-05 2013-03-27 キヤノン株式会社 Surface emitting laser array
JP5430217B2 (en) * 2009-05-07 2014-02-26 キヤノン株式会社 Surface emitting laser array
JP5627361B2 (en) * 2010-09-16 2014-11-19 キヤノン株式会社 Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP5523291B2 (en) * 2010-12-03 2014-06-18 キヤノン株式会社 Laser array and light source for exposure
JP5769483B2 (en) * 2011-04-21 2015-08-26 キヤノン株式会社 Surface emitting laser and image forming apparatus
US9088133B2 (en) * 2012-02-28 2015-07-21 Kyoto University Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP2015523726A (en) * 2012-06-18 2015-08-13 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー Photonic crystal surface emitting lasers enabled by accidental Dirac points

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014197665A (en) 2014-10-16
US9444222B2 (en) 2016-09-13
US20140348195A1 (en) 2014-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6305056B2 (en) Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP2014236127A (en) Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser
KR100759603B1 (en) Vertical cavity surface emitting laser device
JP6557753B2 (en) LASER ELEMENT AND LASER DEVICE
KR101128944B1 (en) Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser light source
EP1610427B1 (en) Two-dimensional photonic crystal surface-emitting laser
KR100991068B1 (en) Vcsel with photonic crystal mirror for waveguiding by diffraction
JP5794687B2 (en) Photonic crystal surface emitting laser
JP2019515508A (en) Laser apparatus and method of operating the same
EP1998420A1 (en) 2-dimensional photonic crystal surface emitting laser light source
JP4769658B2 (en) Resonator
JP6581691B2 (en) Two-dimensional photonic crystal surface emitting laser
JP4684861B2 (en) Waveguide and device having the same
EP2544320A1 (en) Photonic crystal laser
JP2023526771A (en) Topological insulator surface emitting laser system
JP5152721B2 (en) Semiconductor laser
JP5002216B2 (en) Waveguide and light emitting device having the same
WO2019111786A1 (en) Light-emitting device and production method for same
JP2009111167A (en) Surface-emitting semiconductor laser element
JP2003273454A (en) Two-dimensional photonic crystal face emitting laser
WO2023085032A1 (en) Quantum cascade laser element
Itoh et al. High-power with single-lobe beam of 1.3-μm InP-based double-lattice photonic-crystal surface-emitting lasers
JP2019091838A (en) Surface-emission quantum cascade laser

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161108

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170718

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170725

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170919

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180213

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180306

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6305056

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250